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氣泡會對核聚變反應(yīng)所需的等離子體造成嚴(yán)重破壞，這種氣泡狀的湍流在聚變等離子體邊緣膨脹，并從邊緣排出熱量，限制了甜甜圈形狀聚變設(shè)施中聚變反應(yīng)的效率，這種聚變設(shè)施被稱為“托卡馬克”。美國能源部(DOE)普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)的研究人員現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)：氣泡與限制裝置核心中等離子體燃料聚變反應(yīng)磁場波動之間存在令人驚訝的關(guān)聯(lián)。
進一步研究這種相關(guān)性及其在磁聚變反應(yīng)堆熱量損失中的作用，將有助于在地球上產(chǎn)生為太陽等恒星提供動力的聚變能量。其研究成果發(fā)表在《等離子體物理》期刊上，研究的主要作者、物理學(xué)家斯圖爾特·茲韋恩(Stewart Zweben)說：這些結(jié)果為我們理解托卡馬克中等離子體邊緣熱損失增加了一個新的方面，這項研究還有助于我們理解斑點物理，有助于預(yù)測托卡馬克聚變反應(yīng)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(yīng)結(jié)合了等離子體形式的輕元素（由自由電子和原子核組成物質(zhì)的熱、帶電狀態(tài)，構(gòu)成了可見宇宙的99%）產(chǎn)生了大量的能量?？茖W(xué)家們正在尋求在地球上創(chuàng)造和控制核聚變，將其作為一種安全、清潔和幾乎無限的能量來源來發(fā)電。PPPL研究人員去年在重新分析2010年在PPPL國家球面環(huán)面實驗(NSTX)進行實驗時發(fā)現(xiàn)了這一令人驚訝的聯(lián)系，NSTX是今天國家球面環(huán)面實驗升級(NSTX-U)的前身。
磁場中的斑點和波動被稱為“磁流體動力學(xué)(MHD)”活動，在所有托卡馬克中都會發(fā)生，傳統(tǒng)上被認(rèn)為是相互獨立的。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(guī)律性，這些斑點的移動速度大致相當(dāng)于步槍子彈。這樣的斑點通常在托卡馬克等離子體邊緣所謂“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，每個大斑點出現(xiàn)在等離子體邊緣的時間幾乎總是相同，實際上與等離子體邊緣主要的MHD活動頻率一致。研究人員隨后跟蹤了斑點信號和MHD活動之間的相互關(guān)系，以測量所謂的“交叉相關(guān)系數(shù)”，研究用這個系數(shù)來評估2010年NSTX的一組實驗。
在這些實驗中，大約有10%的實驗表明這兩個變量之間存在顯著相關(guān)性。然后，科學(xué)家們分析了幾種可能的相關(guān)性原因，但沒有找到單一令人信服的解釋。為了理解和控制這一現(xiàn)象，必須進行進一步的數(shù)據(jù)分析和建模。
博科園｜研究/來自：普林斯頓等離子體物理實驗室
研究發(fā)表期刊《等離子體物理》
DOI: 10.1063/5.0006515
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