1月2日，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所科研团队宣布，全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）实验证实了托卡马克密度自由区的存在，并找到了突破密度极限的方法，为磁约束核聚变装置高密度运行提供了重要物理依据。相关研究成果发表在国际学术期刊《科学进展》上。
托卡马克装置是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形装置，锁住高温等离子体以达到核聚变目的。等离子体密度是托卡马克性能的关键参数之一，直接影响聚变反应速率。过去，科研人员发现等离子体密度存在一个极限，一旦达到这个极限，等离子体会破裂并逃脱磁场约束，释放巨大能量到装置内壁，影响装置安全运行。国际聚变界长期研究发现，触发密度极限的物理过程发生于等离子体和装置内壁的边界区域，但对其中的具体机制了解不多。
我国科研团队发展了边界等离子体与壁相互作用自组织（PWSO）理论模型，揭示了边界杂质引起的辐射不稳定性在密度极限触发中的关键作用。依托EAST全金属壁运行环境，科研人员通过电子回旋共振加热和预充气协同启动等方法降低边界杂质溅射，主动延迟了密度极限和等离子体破裂的发生。通过调控靶板的物理条件，降低了钨杂质主导的物理溅射，控制等离子体突破了密度极限，进入新的密度自由区。实验结果与PWSO理论预测高度吻合，首次证实了托卡马克密度自由区的存在。这项创新性工作为理解密度极限提供了重要线索，并为托卡马克高密度运行提供了重要的物理依据。
这项工作由中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所、华中科技大学、法国艾克斯-马赛大学等单位协作完成，得到了国家磁约束聚变专项的支持。