氣泡會對核聚變反應所需的等離子體造成嚴重破壞，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施中聚變反應的效率，這種聚變設施被稱為“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磁場波動之間存在令人驚訝的關聯(lián)。

進一步研究這種相關性及其在磁聚變反應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、物理學家斯圖爾特·茲韋恩(Stewart Zweben)說：這些結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，有助于預測托卡馬克聚變反應堆的性能。

聚變反應結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的熱、帶電狀態(tài)，構成了可見宇宙的99%）產(chǎn)生了大量的能量?？茖W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(MHD)”活動，在所有托卡馬克中都會發(fā)生，傳統(tǒng)上被認為是相互獨立的。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活動之間的相互關系，以測量所謂的“交叉相關系數(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性。然后，科學家們分析了幾種可能的相關性原因，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

博科園｜科學、科技、科研、科普

關注【博科園】看更多大美宇宙科學