采用中性粒子挡板偏滤器成形作为托卡马克功率排出挑战的解决方案

将热量从高温聚变核心排出至面向等离子体的部件是聚变能源面临的最大挑战之一。MAST Upgrade 托卡马克独特地将排气区域（偏滤器）内中性粒子的强约束与极端的偏滤器成形能力相结合。通过系统地改变偏滤器形状，本研究给出了迄今为止最有力的证据：具有高磁场梯度（总磁通膨胀）的长腿偏滤器可带来关键的功率排出益处，且不会对高温聚变核心产生不利影响。这些益处仅需相对适度的几何调整即可实现，更易于集成到反应堆设计中。益处包括降低靶板热负荷，以及改善对“屏蔽”靶板并增强功率排出（脱靶）的中性气体缓冲层的进入及其稳定性。分析与模型比较表明，这些益处是通过结合多个成形方面获得的：长腿偏滤器扩大了等离子体-中性粒子相互作用体积，从而降低了粒子与功率负荷，而总磁通膨胀增强了脱靶的进入与稳定性。利用物理结构将中性粒子约束在排气区域内进一步增强了这些成形益处。这些结果表明，偏滤器几何与磁拓扑的战略性变化是聚变最大挑战之一——功率排出——的潜在解决方案。