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近日，中国科学院等离子体物理研究所EAST大科学装置团队在托卡马克先进偏滤器物理研究方面取得了新进展。首次采用包含全漂移效应的大型托卡马克边界等离子体程序SOLPS-ITER系统研究了注入辐射杂质氩（Ar）/氖（Ne）和增加偏滤器腿长两种方案对GW量级的中国聚变工程试验堆（CFETR）偏滤器脱靶状态的影响，为中国未来聚变堆偏滤器设计提供了潜在先进偏滤器解决方案。相关研究成果发表在磁约束核聚变研究领域权威期刊《NuclearFusion》[HangSietalNucl.Fusion]，以上研究成果得益于合肥综合性国家科学中心入库项目——合肥先进计算中心“巢湖明月”强大算力的支持和协助。

论文标题：

SOLPS-ITERsimulationsofhighpowerexhaustforCFETRdivertorwithfulldrifts

可控热核聚变反应是解决人类未来能源危机及环境问题的重要途径之一。年10月，国务院印发年前碳达峰行动方案，明确指出：作为可再生能源重要组成部分，由氢的同位素氘（D）和氚（T）进行可控热核聚变反应是优化未来能源结构并进行能源转型的重要举措之一，有助于我国早日实现碳达峰、碳中和目标。实现这种可控热核聚变主要途径之一是采用先进的磁约束核聚变装置——托卡马克（Tokamak），偏滤器作为该装置核心部件之一，承担着排除从芯部主等离子体输运出来的热流、粒子流及聚变产物氦灰，屏蔽边界等离子体与面向等离子体材料相互作用产生的杂质，从而避免污染芯部主等离子体等重要功能。有关偏滤器的设计、建造及运行也一直是世界磁约束核聚变研究前沿课题之一。

目前正在进行物理和工程设计的中国聚变工程试验堆（CFETR）聚变总功率将会超过1GW，其中约有超过MW的功率由芯部穿越最外闭合磁面，经刮削层输运到偏滤器靶板区域。如何设计优化CFETR偏滤器，从而使得到达靶板的稳态热负荷满足工程设计要求（10MWm-2），是目前CFETR偏滤器物理设计面临的巨大挑战之一。研究结果表明，通过逐步增加辐射杂质Ar/Ne注入量可以有效缓解CFETR靶板热负荷，降低到10MWm-2以下，同时也可以降低靶板区域电子温度，有效抑制靶板钨杂质溅射。当提高D2加料速率时，可以进一步降低靶板热负荷和电子温度。在保持辐射杂质注入量保持不变时，仅仅通过增加主X点到靶板打击点的距离，提高偏滤器靶板腿长，从标准参考位形的1.7m增加到2.4m，同样可以增大偏滤器区域辐射，有效降低偏滤器靶板热负荷（10MWm-2）和电子温度，满足偏滤器靶板工程设计要求。

通过本项工作的开展，注入辐射杂质和增加偏滤器腿长均有助于GW量级的CFETR偏滤器脱靶状态的形成，同时结合长腿偏滤器位形（2.4m）和注入辐射杂质Ar的优势将是目前CFETR偏滤器物理设计一个比较好选择。

图1.CFETR标准偏滤器位型和长腿偏滤器位型

图2.CFETR标准偏滤器位型和长腿偏滤器位型所对应的靶板热负荷和电子温度剖面

EAST大科学装置团队成员之一司杭老师介绍道：“作为合肥先进计算中心“巢湖明月”首批用户，我已经在合肥先算平台使用了半年多时间。在此期间，作为用户能够深刻体会到合肥先进计算中心无论是在硬件计算资源方面，还是在软件技术支持上都能够提供及时和细致周到的服务，助力我们用户能够更好地开展科研工作！”

未来，合肥先进计算中心将进一步加强科研和产业用户的支持力度，也期待EAST大科学装置团队能够取得更多研究成果。

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