山东大学威海前沿交叉科学研究院王晓钢教授等提出“星马克”混合位形

发布时间:2026年11月03日  向 南

2026年10月27日至30日,由中国核学会核聚变与等离子体物理分会、中国物理学会等离子体物理分会联合主办,中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所承办的第三届全国仿星器物理与工程技术研讨会在安徽合肥召开。

会议发起人之一,山东大学威海前沿交叉科学研究院科学智能研究院讲席教授王晓钢应邀作大会特邀报告。报告从电流箍缩到环形约束的发展历程切入,梳理了磁约束位形的演进脉络,阐释了旋转变换对环形约束的关键作用和产生旋转变换的基本方式;并围绕不同磁约束位形的科学、工程、商业可行性,比较了托卡马克与仿星器在物理特性、设计建造及运行发电等方面的优势与挑战。在此基础上,建议了“星马克”——一种新型仿星器-托卡马克混合位形。

托卡马克与仿星器是磁约束聚变研究的两条主要技术路线,两者都有很好的物理稳定性和拓扑稳定性,区别主要在于形成磁力线旋转变换的方式。托卡马克主要依靠等离子体电流产生旋转变换,具有成熟的科学研究与工程技术基础;仿星器主要依靠外部线圈产生旋转变换,平衡的稳定性更好、有利于稳态运行,但复杂三维线圈对设计、制造与安装提出了新的挑战。如何在改善等离子体稳定性的同时控制装置工程复杂度,是“星马克”方案关注的核心问题。其基本理念是:尽可能多保留托卡马克的平面线圈、三维线圈形变则尽可能小,等离子体电流为主、外部线圈为辅共同提供旋转变换,与相近参数托卡马克的运行极限保持安全的参数距离;力求融合仿星器的稳定性优势与托卡马克较为成熟的科研与工程技术积累,探索兼顾等离子体稳定性和工程可实现性的磁约束聚变技术路径,为下一代磁约束聚变堆设计提供新思路。

会上,山东大学威海前沿交叉科学研究院科学智能研究院博士研究生向南也做了先进算法应用于仿星器研究的大会报告,介绍了基于APT保结构全轨道算法开展的仿星器中α粒子数值模拟研究:展示了反应堆尺度的NCSX磁场中高能量α粒子的长期跨尺度轨道演化,揭示了初始条件与粒子损失的关系、损失位置分布及环向电流特征,为进一步研究准轴对称仿星器磁场位形中的高能量粒子约束与损失机制提供了定量依据。

同时,持续深化磁约束聚变与科学智能的交叉研究也正在成为山东大学威海前沿交叉科学研究院的重要发展方向。围绕仿星器磁场位形优化、等离子体稳定性及高能量粒子约束等关键问题,山东大学威海前沿交叉科学研究院科学智能研究院将进一步加强与国内外科研机构和专家学者的交流合作,推动高性能计算、数值模拟与人工智能技术在仿星器-托卡马克研究中的融合应用,为探索新型磁约束位形、推进聚变能源研究贡献力量。