重大突破：EPFL团队攻克托卡马克排热难题

2025年5月7日，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）研究团队在《物理评论快报》发表题为《托卡马克偏滤器等离子体中X点靶板辐射器运行模式》（X-Point Target Radiator Regime in Tokamak Divertor Plasmas）的突破性成果。通过在托卡马克位形可变装置（TCV）中验证新型排热方案，成功攻克了托卡马克装置高温等离子体余热排放的核心技术瓶颈，为未来聚变反应堆的安全运行提供了关键解决方案。

在托卡马克装置中，高温等离子体被磁场约束在环形结构内。图片源自：EPFL

托卡马克设计与问题托卡马克是一种利用环形磁场约束燃烧等离子体的聚变反应装置，但过热会导致等离子体与反应堆壁相互作用，造成严重损坏。

EPFL团队的解决方案

EPFL团队展示了一种潜在高效的新型排热方案。该团队在TCV中完成了实验。与其他现代托卡马克类似，TCV有X点结构——环形装置外磁场横截面底部存在磁场线交叉点，形成通道让反应副产物通过偏滤器排出。

该团队发现，通过重构约束磁场在偏滤器漏斗区域增设第二个X点，可显著增强有效排热辐射。

XPTR概念验证与应用前景

TCV的新实验验证了这一被命名为X点靶板辐射器运行模式（XPTR）的创新概念。更为关键的是，实现XPTR等离子体填充的条件被证实易于实现和控制。该技术有望应用于美国麻省理工学院与Commonwealth Fusion Systems公司联合研发的新一代托卡马克装置SPARC。

TCV介绍TCV是瑞士等离子体物理研究中心（CRPP）的核心实验设施，其名称“Tokamak à Configuration Variable”揭示了该装置的核心特性。TCV托卡马克的核心使命是利用其高度专业化的等离子体成形能力，开发新型等离子体位形。

X点靶板辐射模式

研究团队开发的 X 点靶板辐射模式展现出两大显著优势：首先，该设计使等离子体脱靶过程的操作难度显著降低；其次，显著减弱辐射前沿位置在次级X点附近的敏感性。其原理是通过将次级X点设置在与约束等离子体保持安全距离的位置。

与简化分析模型一致的是，X点辐射的物理机制由其特殊的磁几何构型决定，且不受磁场线闭合或开放状态的影响。研究人员表示，该成果开创了一类新型能量耗散方案，可在偏滤器脱靶期间稳定避免边缘辐射冷却。