日本LHD装置等离子体诊断技术获突破 静电透镜提升测量精度

日本国立聚变物理研究所的科研团队在大型螺旋装置(LHD)的等离子体诊断领域取得关键进展。通过创新应用“静电透镜”技术，研究团队将重离子缓冲探针(HIBP)的测量效率提升至原有水平的两至三倍，成功解决了高密度等离子体电势测量中离子束传输受限的难题。这一突破为可持续聚变能源开发提供了更精准的基础数据支撑。

LHD作为全球最大的超导等离子体约束装置，其螺旋管型磁场结构是此次研究的核心平台。在模拟太阳热核聚变过程中，控制温度超1亿摄氏度的等离子体需依赖高精度电势测量。传统HIBP系统因负金离子束的“空间电荷”效应导致能量损失，限制了测量范围。研究团队未选择大规模设备改造，而是通过模拟分析定位束流展宽根源，重新配置预加速器电极电压分布，将其改造为静电透镜。该装置可聚焦离子束并抑制展宽，确保95%以上的束流传输至加速器入口。

实验数据显示，改造后的负金离子束流强度提升两至三倍，高能正离子束注入量随之增加，HIBP的测量范围显著扩大。信号清晰度的提升使科研人员能够捕捉等离子体电势在加热系统启停时的动态变化过程。这一技术不仅优化了LHD的等离子体控制能力，也为未来反应堆设计提供了可复制的解决方案。研究团队强调，该方法具有高实用性与经济性，可推广至其他诊断系统及加速器应用场景。