但对于“约束高温等离子体”这个目标而言,2.8T仍然是一个不太稳妥的数字。
在托卡马克装置运行的过程中,绝大部分杂质以及扰动都出现在等离子体边缘,因此需要将这部分的粒子和热量引导到一个专用靶板上。
而这个“边缘范围”如果过大那么在除杂过程中造成的能量损失就会越明显。
“我专门用那份资料里面提供的方法算了算。”宋金航回答道,“按照咱们这次的参数,要维持等离子体稳定存在的理论磁感应强度是2.63T,所以如果理论是正确的话,问题……应该不大。”
“我担心的是咱们的线圈还有传感器……”丁宣看着前面的大屏幕,此时HL2A已经进入了辉光放电清理程序,也就是用低压氩气的电离放电来轰击真空室内壁,与紧随其后的硼化程序共同作用,使壁面沉积一层薄膜,用以吸附和清理后续运行中可能产生的杂质。
此时此刻,一切数据都维持在远低于黄色区间的范围内。
“我知道。”直到光谱仪检测结果出炉,宋金航才继续了刚才的话题,“所以咱们不是特地降低了芯部温度么……这样哪怕Q值降低一点,至少稳定性能提上去。”
Q值,是指净能量增益。
只有Q>1的时候,聚变反应在能量核算上才是有收益的。
实际由于维持等离子体的存在需要高昂的代价,早期大部分聚变试验的Q都是小于1的。
当然就研究过程而言,这是必然要经历的代价。
就像被瓦特改进之前的蒸汽机,效率也只有可怜的1%左右。
丁宣张了张嘴,但这次并没有开口。
因为HL2A的启动流程,此时已经到了第一个关键阶段。
“准备注入燃料气体,氘气,目标初始压强3毫托。”
精密的压电阀开启,微量的高纯氘气被注入已臻于完美的真空环境。
真空计读数产生了一个微小的、被精确控制的波动。
“等离子体生成准备就绪。”工程师深吸一口气,汇报道。
“启动中心螺线管预电离程序,ECRH系统预热。”
“中心螺线管电流快速爬升…欧姆加热场建立!”
“ECRH系统启动,微波功率注入……”
“……”
真空室内,原本一片漆黑的核心区域,猛地爆发出一团刺目的、细丝状的亮白色电弧。
这光芒极其短暂,却宣告了物质的第四态——等离子体的诞生。
当然,没有任何光学设备能够直接观测到这一幕,但指挥室大屏幕上的数据,却毫无疑问地指向了相同的结果。
“频率110GHz,功率1.5MW,等离子体电流建立!”
随着邝忠昕的汇报声响起,主控室内响起几阵压抑的掌声。
跟另外两个试验组有所不同,试验三组的主要研究方向在于HL2A设施本身,因此会直接参与系统操作。
“维持电流爬升速率,目标等离子体电流1.0MA,中性束注入系统准备。”周新同发出指令的声音中也带上了些许颤抖。
中心螺线管的电流变化更加剧烈,感生的强大环向电流在等离子体中奔涌。
在无人能够直视的地方,等离子体环的强度迅速增强,颜色也转为明亮的橙黄色。
“等离子体电流达到0.8MA!中性束注入启动!能量80keV,功率5MW!”邝忠昕继续报告。
装置侧方的中性束注入器发出耀眼的白光和嘶嘶的粒子流声响,高能的氘氚原子束穿透磁场,贯入等离子体核心。
等离子体芯部的等效温度进一步向上,很快便突破了2000万℃。
“继续注入!ECRH功率提升至3MW!”周新同的声音陡然拔高了一丝,显然前半段无比顺畅的过程也加强了他的信心,“目标,触发H模!”
很快,就在加热总功率突破某个临界点的瞬间——
“边缘温度梯度突变!密度剖面改变!D_α辐射信号骤降!”邝忠昕几乎是喊了出来,“进入高约束模式了!”
当加热功率超过某个阈值时,等离子体边缘会发生“L-H转换”。
此时等离子体边缘会自发形成一道“运输势垒”,大大减少能量和粒子从核心向外的损失,显著提高约束性能和中心温度/密度。
也意味着在外部条件理想的情况下,等离子体终于可以维持自发存在。
主控室内一片寂静,只有设备运行的嗡鸣和急促的呼吸声。
屏幕上,代表能量约束时间的指标如同挣脱了束缚,猛地向上飙升,瞬间达到了常规L模的数倍!
等离子体边缘那道无形的“运输势垒”已然形成,将狂暴的能量和粒子死死锁在核心区域。
“约束时间……超过1.5秒,还在上升!”
对于HL-2A这个级别的装置来说,等离子体不稳定的问题往往出现在最初3秒内以及运行的最末端。
中间的工作过程反而相对平稳。
因此,短暂的兴奋在几位组长脸上掠过。
但邝忠昕的声音立刻将所有人拉回现实:
“H模维持不稳定,注意边缘局域模活动!磁探针监测到异常扰动波形,幅度在增大!”
为了追求运行时间而过于极限的设定还是造成了影响。
按照过去的经验,一旦等离子体边缘开始波动,尤其是在高约束模式的早期,就会很快进入正反馈失控,最终导致热猝灭。
但这一次,他们却从那份资料中提前找到了应对的“法宝”。
“启动共振磁扰动线圈,按照7号方案施加扰动磁场!”
喊出指令的同时,周新同瞄了一眼身后不远处的丁宣——
这项控制方案,正是由后者发掘,并最终组织成为具体操作程序的。
在RMP线圈的精准干预下屏幕上的磁扰动波形幅度开始减小,并逐渐稳定在一个低水平状态,就像被一只无形之手所抚平。
整个过程与那份神秘资料中预测的响应曲线高度吻合。
周新同的目光在成功抑制ELM的屏幕数据和旁边一个不起眼的角落——那里显示着执行方案来源的简短标记“CNS-Algo v2.0”——之间快速扫过。
“约束时间30秒,边缘局域模恢复自稳定!”邝忠昕明显如释重负,在说出这句话的同时,整个人向后靠在了椅背上。
所有人都知道这意味着托卡马克点火过程的顺利完成。
但周新同却提前制止了尚未到来的掌声:
“ELM初步抑制成功。但这才刚刚开始,维持住H模,注意各项参数平衡,尤其是偏滤器热负荷……”
“记住今天的目标,我们现在距离成功还很远,不要分心。”
第1671章 为什么会找上我们?
时间在高度紧张的监控和精准调控中一分一秒地流逝。
主控室的大屏幕上,一个醒目的计时器数字不断跳动:
500……
1000……
2000……
HL-2A装置内的等离子体,在强大的磁场约束和持续的能量注入下,如同一个被驯服的微型太阳,持续散发着惊人的光和热。
中心电子温度稳稳维持在5000万摄氏度以上,等离子体电流稳定在1.15兆安培。
这已经远远打破了之前由EAST保持的百秒级H模运行纪录,并且还在不断刷新。
然而,挑战也如影随形。
“偏滤器靶板热负荷持续升高!红外成像显示局部区域温度已超过1800摄氏度!接近一级警报阈值!”
长时间的高功率运行下,即使有硼化壁的保护,高温等离子体对材料尤其是偏滤器区域的侵蚀依然严重,产生的杂质被带入等离子体核心,辐射出大量能量,不仅损失能量,还会冷却等离子体。
“注入少量氖气,进行主动辐射冷却,目标将峰值热负荷降低15%。”
周新同盯着热负荷分布图,迅速决策。
这是常规的应对策略之一。
“注入氖气,流量设定。”
操作员执行。
光谱仪上立刻显示出代表氖元素的谱线强度飙升。
氖气在高温下被电离,其离子在等离子体边缘区域辐射出能量,如同在灼热的靶板前撑起一把无形的“遮阳伞”。
红外图像上,靶板最红热的区域颜色肉眼可见地变暗了一些,温度读数开始回落。
“热负荷下降,效果明显,但杂质辐射总功率仍在高位。”
“继续监控,必要时重复氖气注入或调整注入位置。”
说完这句话之后,周新同暗自叹了口气。
实际上,到了这一步,他基本上已经相信了那份资料的真实性。
如果不是对等离子体的控制策略趋近完美,那么他们绝无可能得到如此夸张的成绩。
而他也不得不承认,现在是HL2A的性能,和西南物理研究所的水平,限制了整个试验更进一步。
“那就看看,我们究竟能做到何种程度吧……”
周新同的好胜心逐渐燃起。
“电流剖面有轻微偏移,注意LHCD驱动效率。”他再次提醒道。
“收到,正在调整低杂波注入角度和频谱。”工程师的手指在控制台上飞快敲击,试图优化电流驱动效率,维持等离子体电流的稳定。
但在计时器的千位数跳到“3”之后,局面终究还是急转直下。
代表磁流体稳定性的监控台开始闪烁黄灯,数根磁探针的信号曲线也同时疯狂抖动!
“警报,边界局域模再次爆发!能量释放预估0.75兆焦!”邝忠昕的声音响彻主控室。
0.75兆焦的能量释放,会瞬间将大量粒子和能量倾泻到偏滤器靶板上。