近日，合肥综合性国家科学中心能源研究院聚变产业应用研究中心在紧凑环芯部加料多脉冲重复运行技术方面取得了重要进展。该技术采用由引燃管开关触发的脉冲电源系统，成功实现了紧凑环装置的多脉冲重复运行。在平台实验中，成功实现了2Hz的重复频率连续地形成10团紧凑环等离子体。相关研究成果以“Design and operation of a repetitive compact torus injector for the EAST tokamak”为题，已发表在核聚变领域知名期刊《Fusion Engineering and Design》上。

在核聚变反应堆运行期间，为了维持和增加等离子体密度，需要采用有效的方法将燃料粒子注入到核聚变反应堆中。将燃料粒子直接注入到核聚变反应堆芯部，可以实现氚自持和高的燃烧率。目前，紧凑环注入技术被认为是未来大型托卡马克核聚变反应堆实现芯部加料的一种极具前景的方式。紧凑环是一种具有高密度、高速并被自身磁场约束的自组织等离子体团，能够穿透强磁场进入核聚变反应堆芯部，实现芯部加料。

由于紧凑环形成和加速过程的脉冲特性，其稳态运行是不可能的。因此，需要采用紧凑环的多脉冲重复运行以实现高效加料和密度维持。该次升级的脉冲电源系统采用高功率脉冲技术，结合高时间精度控制系统，由晶闸管多次触发引燃管，实现了紧凑环装置的多脉冲重复运行。未来，该套紧凑环装置将被安装至EAST托卡马克装置进行加料实验研究。该套多脉冲重复运行的紧凑环装置的成功研制将推动未来稳态核聚变反应堆芯部加料的工程研究。

该论文的第一作者为聚变产业应用研究中心的谭名昇博士，通讯作者为聚变产业应用研究中心的孔德峰研究员和叶扬副研究员。合作者还包括了中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所、合肥质子跃动科技有限公司、合肥工业大学、衡阳师范学院等单位组成的团队。该工作得到了合肥综合性国家科学中心能源研究院自主立项项目、安徽省高校协同创新项目、国家自然科学基金项目和安徽省重点研究与开发计划项目的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2024.114559

图一：EAST多脉冲重复运行紧凑环系统示意图：紧凑环注入器、脉冲电源系统、控制系统、数据采集和各种诊断设备。

图二：重复运行模式下紧凑环等离子体的弦平均密度、边界磁场和辐射光强度。