中国科研团队在核聚变研究领域取得重要突破，位于安徽合肥科学岛的全超导托卡马克核聚变实验装置EAST，通过实验验证了托卡马克密度自由区的存在。这一发现基于边界等离子体与壁相互作用自组织理论，相关成果已发表于国际学术期刊《科学进展》。
聚变能开发中，燃料密度是影响聚变功率的关键因素。根据理论模型，聚变功率与燃料密度的平方成正比，因此实现高密度运行是提升聚变装置经济性的重要方向。然而，上世纪末提出的"密度极限"概念显示，当托卡马克装置接近该极限时，等离子体会发生破裂，释放巨大能量冲击装置内壁，威胁设备安全运行。尽管国际聚变界通过跨装置经验定标和特定条件下的超密度极限运行实验，逐步确认密度极限的触发过程主要发生在边界区域，但其具体物理机制尚未完全明确。
研究团队创新性地构建了边界等离子体与壁相互作用自组织理论模型，重点分析了边界辐射在密度极限触发过程中的核心作用。该模型首次解析出辐射不稳定性边界，并预测在密度极限之外存在密度自由区。为验证理论预测，实验团队依托EAST装置的全金属壁运行环境，采用电子回旋共振加热与预充气协同启动技术，有效降低了边界杂质溅射现象，成功延迟了密度极限的触发和等离子体破裂的发生。
在具体实验操作中，科研人员通过精确控制靶板物理条件，显著减少了钨杂质主导的物理溅射效应。这一改进使等离子体突破传统密度极限，进入理论预测的密度自由区。实验数据与理论模型高度吻合，首次以实证方式确认了托卡马克装置中密度自由区的客观存在。这项突破不仅为理解密度极限的形成机制提供了关键线索，更为托卡马克装置实现安全稳定的高密度运行奠定了重要理论基础。
