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氣泡會(hui) 對核聚變反應所需的等離子體(ti) 造成嚴(yan) 重破壞，這種氣泡狀的湍流在聚變等離子體(ti) 邊緣膨脹，並從(cong) 邊緣排出熱量，限製了甜甜圈形狀聚變設施中聚變反應的效率，這種聚變設施被稱為(wei) “托卡馬克”。美國能源部(DOE)普林斯頓等離子體(ti) 物理實驗室(PPPL)的研究人員現在發現：氣泡與(yu) 限製裝置核心中等離子體(ti) 燃料聚變反應磁場波動之間存在令人驚訝的關(guan) 聯。
進一步研究這種相關(guan) 性及其在磁聚變反應堆熱量損失中的作用，將有助於(yu) 在地球上產(chan) 生為(wei) 太陽等恒星提供動力的聚變能量。其研究成果發表在《等離子體(ti) 物理》期刊上，研究的主要作者、物理學家斯圖爾特·茲(zi) 韋恩(Stewart Zweben)說：這些結果為(wei) 我們(men) 理解托卡馬克中等離子體(ti) 邊緣熱損失增加了一個(ge) 新的方麵，這項研究還有助於(yu) 我們(men) 理解斑點物理，有助於(yu) 預測托卡馬克聚變反應堆的性能。
圖示：NSTX托卡馬克邊緣的螺旋式磁場波動圖像。
聚變反應結合了等離子體(ti) 形式的輕元素（由自由電子和原子核組成物質的熱、帶電狀態，構成了可見宇宙的99%）產(chan) 生了大量的能量。科學家們(men) 正在尋求在地球上創造和控製核聚變，將其作為(wei) 一種安全、清潔和幾乎無限的能量來源來發電。PPPL研究人員去年在重新分析2010年在PPPL國家球麵環麵實驗(NSTX)進行實驗時發現了這一令人驚訝的聯係，NSTX是今天國家球麵環麵實驗升級(NSTX-U)的前身。
磁場中的斑點和波動被稱為(wei) “磁流體(ti) 動力學(MHD)”活動，在所有托卡馬克中都會(hui) 發生，傳(chuan) 統上被認為(wei) 是相互獨立的。在2015年和2016年分析的實驗中，第一條線索是大斑點軌跡的驚人規律性，這些斑點的移動速度大致相當於(yu) 步槍子彈。這樣的斑點通常在托卡馬克等離子體(ti) 邊緣所謂“刮除層”中隨機移動，但在某些情況下，所有大的斑點都以幾乎相同角度和速度飛濺。
此外，每個(ge) 大斑點出現在等離子體(ti) 邊緣的時間幾乎總是相同，實際上與(yu) 等離子體(ti) 邊緣主要的MHD活動頻率一致。研究人員隨後跟蹤了斑點信號和MHD活動之間的相互關(guan) 係，以測量所謂的“交叉相關(guan) 係數”，研究用這個(ge) 係數來評估2010年NSTX的一組實驗。
在這些實驗中，大約有10%的實驗表明這兩(liang) 個(ge) 變量之間存在顯著相關(guan) 性。然後，科學家們(men) 分析了幾種可能的相關(guan) 性原因，但沒有找到單一令人信服的解釋。為(wei) 了理解和控製這一現象，必須進行進一步的數據分析和建模。
博科園｜研究/來自：普林斯頓等離子體(ti) 物理實驗室
研究發表期刊《等離子體(ti) 物理》
DOI: 10.1063/5.0006515
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