磁约束核聚变作为实现清洁、可持续能源的重要途径，长期以来面临着一个关键挑战，即托卡马克装置中的等离子体破裂（Disruption）。等离子体破裂是指托卡马克或其他磁约束装置中的高温等离子体突然失去约束，导致等离子体电流和能量在毫秒级时间内崩溃的现象。
破裂通常伴随着等离子体温度的急剧下降、电流的快速衰减以及磁场结构的破坏。这会导致等离子体能量在极短时间内突然释放，不仅中断聚变反应，还可能对装置造成严重损害。
为了解决这一问题，由哥伦比亚大学应用物理与应用数学系（APAM）Steven A. Sabbagh教授领导的研究团队，在韩国KSTAR超导聚变装置中首次成功演示了基于破裂事件表征与预测（Disruption Event Characterization and Forecasting, DECAF）的托卡马克等离子体破裂避免技术。
该研究团队由来自哥伦比亚大学APAM、韩国核聚变能源研究所（KFE）、普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）以及通用原子公司（General Atomics）的科学家和工程师组成。他们开发的多元素、高精度破裂预测系统DECAF，能够在破裂发生前实时预测并避免破裂，从而使等离子体能够持续运行，直到在长时间脉冲后被有意关闭。
DECAF系统通过实时监测等离子体的多种参数（如电流、密度、温度和磁场分布等），利用先进的数据分析模型预测等离子体破裂事件的发生，并通过反馈控制手段调整等离子体状态以避免破裂。此外，DECAF系统还展示了其多功能性，能够与多种内部和外部反馈控制器无缝耦合，例如由通用原子能公司开发的等离子体形状控制器。
研究团队于2024年12月至2025年1月期间在KSTAR装置上进行了实验验证。经过长期工作，他们于1月15日首次成功实现了破裂避免，并在不同等离子体条件下复现了实验结果，于1月17日完成了初步优化。实验结果表明，DECAF系统具有高度的多功能性和可靠性，能够有效避免破裂并延长等离子体运行时间。
ITER项目的等离子体控制管理团队已于近期批准在ITER中实施DECAF系统，用于进行实时的破裂预测和避免，并进行相关物理分析。此次在KSTAR装置上实现的托卡马克破裂避免实验验证，能够在很大程度上推动未来全面的破裂避免解决方案的出现。
参考链接：
- https://www.apam.columbia.edu/first-demonstration-tokamak-disruption-avoidance-disruption-event-characterization-and-forecasting-0
- https://www.researchgate.net/publication/369337774_Disruption_event_characterization_and_forecasting_in_tokamaks