中国科学报讯（记者丁佳 ）太阳耀斑是一种剧烈的太阳活动现象，可对人类的航天、通信、导航等带来诸多影响。其实，在地球上也存在着一种“太阳耀斑”，它给人类制造麻烦的本领，可一点不亚于天上的那个大火球。
在有着“人造太阳”之称的托卡马克核聚变实验装置（EAST）中，高约束等离子体的边界区域会周期性地表现出一种不稳定性，叫做边界局域模（ELM）。大幅度的 ELM 类似于太阳耀斑，它的爆发会造成等离子体能量和粒子的瞬间释放，喷射出强大的热脉冲，侵蚀装置的内壁，甚至导致材料的熔化，并产生大量杂质粒子污染聚变堆芯部等离子体，使得聚变堆难以长时间稳态运行。
“未来，聚变堆想要稳定运行，就需要将 ELM 带来的瞬态热负荷降低至少 20 倍。”EAST 团队负责人、中国科学院合肥物质科学研究院研究员万宝年说，“因此，探索无 ELM 或具有小幅度 ELM 的高约束运行模式及其物理机制，不但是一个重大科学前沿问题，也是我们面临的一个严峻挑战。”
近日，中科院合肥物质院等离子体物理研究所 EAST 团队在前期研究的基础上，发展出了一种高性能稳态等离子体运行模式，并系统验证了其与未来聚变堆若干运行条件的兼容性。相关成果日前在线发表于《物理评论快报》。
这种模式叫做杂草型小幅度边界局域模，它带来的瞬态热负荷通常低于常规大幅度 ELM 的1/20，被国际聚变界认为是未来强磁场稳态聚变堆的“明日之星”。
然而，虽然这种“杂草”模式在国际其他托卡马克上也曾被观察到过，但其机理和获得条件一直没有搞清楚，科学家难以稳定地获得这种运行模式。
针对这一难题，万宝年、等离子体所研究员徐国盛等人带领科研人员进行了攻关，在与未来聚变堆类似的金属壁、低旋转、电子主导加热等物理条件下，稳定地重复实现了这种“杂草”模式的高性能稳态运行，从而确认了获得这一模式的物理条件。
“我们发现，较高的刮削层密度和较宽的边界台基是这一运动模式形成的关键因素。”徐国盛说。他们还通过实验验证了它与诸多未来稳态聚变堆特需条件的兼容性。
相关论文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.255001
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