据安徽省科学技术厅消息，记者3日从中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所获悉，被称为“人造太阳”的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）在物理实验中取得重要成果。研究团队基于新发展的边界等离子体与壁相互作用自组织理论，首次通过实验证实了托卡马克密度自由区的存在，为未来聚变堆实现安全、高密度运行提供了关键理论和实验依据。相关研究成果已于1日发表在国际学术期刊《科学进展》上。

聚变功率与燃料密度的平方成正比，高密度运行是提高聚变能经济性的关键。然而，托卡马克装置存在一个“密度极限”，超过此极限将引发等离子体破裂，威胁装置安全。虽然国际学界逐步明确密度极限的触发过程发生于边界区域，但其物理机制一直不甚清晰。

针对此问题，科研团队取得了以下重要进展：

1. 发展新理论模型：团队发展了边界等离子体与壁相互作用自组织理论模型。该模型揭示了边界杂质引发的辐射不稳定性在触发密度极限时的关键作用，解析了辐射不稳定性的边界，并预测了密度极限之外存在一个可以安全运行的“密度自由区”。

2. 实验突破密度极限：在EAST装置上，研究人员利用电子回旋共振加热和预充气协同启动等方法，有效减少了装置边界的杂质溅射，延迟了密度极限的到来。通过进一步调控靶板物理条件，降低钨杂质溅射，最终成功让等离子体平稳突破了原有密度极限。

3. 理论与实验高度吻合：实验结果表明，等离子体突破密度极限后，平稳进入了理论预测的密度自由区。这是国际上首次通过实验证实密度自由区的存在，验证了PWSO理论模型的正确性。

此项研究不仅揭示了密度极限的触发机理，更指明了突破该极限、实现更高密度安全运行的有效路径，对未来聚变堆的设计和运行具有重要指导意义。