中国科大突破聚变等离子体内爆核心理论 原创模型革新角向箍缩物理认知

中国科学技术大学等离子体物理与聚变工程系丁卫星教授、兰涛副教授团队在磁约束核聚变基础物理领域取得重要突破。该团队通过自主研发的新型胶囊形角向箍缩实验装置，首次观测到等离子体在快速压缩过程中的质量动态演化现象，并创新性提出"可变磁通耦合模型"，成功揭示了磁场与等离子体之间的动态相互作用机制，修正了该领域沿用数十年的经典理论框架。研究成果已在国际权威期刊《等离子体物理与受控聚变》正式发表。

实验创新突破传统认知框架

研究团队自主设计建造了独特结构的新型实验装置，创新集成了多道激光光纤干涉仪、磁探针阵列和超高速成像系统等精密诊断设备。通过自主研发的分层反演算法，在国际上首次实现了对角向箍缩内爆过程中等离子体质量变化的实时定量测量。实验数据清晰显示，在一个内爆周期内，等离子体环电流呈现"先快速上升、后逐渐下降"的非单调演化规律，这一发现直接挑战了传统理论中关于等离子体质量固定、磁通耦合恒定的基本假设。

角向箍缩位形原理图

理论创新建立动态演化模型

面对实验现象与经典理论的矛盾，研究团队提出了革命性的"可变磁通耦合模型"。该模型将等离子体环等效为与外部线圈磁通耦合强度随时间变化的单匝次级线圈，并引入时变耦合系数概念，首次定量描述了内爆过程中磁场与等离子体之间的动态耦合过程。新模型不仅成功复现了实验中观测到的等离子体电流演化特征，还精确预测了等离子体运动轨迹，为理解内爆能量传输效率提供了关键理论工具。

研究成果推动聚变能源探索

这一理论突破对可控核聚变研究具有重要价值。对内爆过程中质量增加机制和磁耦合动态演化规律的揭示，为磁惯性约束聚变等前沿途径的靶物理设计提供了新约束和新思路，有助于优化压缩对称性、提高能量耦合效率。该研究从实验平台搭建、诊断技术开发到理论模型构建的全过程创新，彰显了我国在等离子体物理基础研究方面的自主创新能力，为推动聚变能源发展注入了新的科学动力。