在地球上捕獲和控制聚變能的一個關鍵挑戰(zhàn)是：保持等離子體的穩(wěn)定性（為聚變反應提供燃料的帶電氣體），并保持數(shù)百萬攝氏度的溫度來啟動和維持核聚變反應。這一挑戰(zhàn)需要在甜甜圈形狀的托卡馬克聚變設施中控制磁島，即在等離子體中形成的泡狀結構。

這些磁島島嶼可能會生長，冷卻等離子體，并引發(fā)破壞（儲存在等離子體中的能量突然釋放）這可能會阻止聚變反應，并嚴重破壞容納它們的聚變設施。

普林斯頓大學和美國能源部(DOE)普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)的科學家們研究表明：ITER中麻煩的磁島、法國在建的國際托卡馬克以及其他未來不允許大規(guī)模中斷的聚變設施，得到了更好的控制。第一作者、普林斯頓等離子體物理項目的愛德華多·羅德里格斯(Eduardo Rodriguez)說：這項研究可能會為之前被認為無法獲得的改進控制方案打開大門，其研究成果發(fā)表在《等離子體物理》期刊上。

這項研究是在Allan Reiman和Nat Fisch之前研究的基礎上進行，他們發(fā)現(xiàn)了一種名為“RF[射頻]電流凝聚”的新效應，這種無線電波效應可以極大地促進磁島的穩(wěn)定。新的等離子體物理論文展示了如何最大限度地利用這種效應。Reiman是普林斯頓等離子體物理實驗室的杰出研究員，F(xiàn)isch是普林斯頓大學教授，普林斯頓大學等離子體物理項目主任，普林斯頓等離子體物理實驗室學術事務副主任。

聚變反應將輕元素以等離子體的形式結合在一起，等離子體是由自由電子和原子核組成的物質狀態(tài)，在太陽和恒星中產生大量的能量。全世界的科學家都在尋求在地球上重現(xiàn)這一過程，為全人類提供幾乎取之不盡安全和清潔的電力。研究基于一個簡化的分析模型，重點介紹了利用RF波對磁島島嶼進行加熱，并驅動電流使其收縮和消失。當溫度足夠高時，可能會發(fā)生復雜的相互作用，導致射頻電流凝聚效應，使電流集中在島的中心，從而大大提高穩(wěn)定性。

但隨著溫度的升高，磁島較冷的邊緣和較熱內部之間的溫度梯度越來越大，這種梯度可能會導致不穩(wěn)定，從而使進一步提高溫度變得更加困難。這一點對點是射頻波能否達到穩(wěn)定目標的一個重要指標，研究從加熱產生的梯度分析當前冷凝和增加湍流之間的相互作用，以確定系統(tǒng)是否穩(wěn)定，研究希望這些磁島不要增長。研究在考慮不穩(wěn)定性的情況下，如何控制波的功率和瞄準，以最大限度地利用射頻電流凝聚效應。

關注這一點可以提高聚變反應堆的穩(wěn)定性，研究人員現(xiàn)在計劃在模型中引入新的方面，以開展更詳細的研究，這些步驟包括在計算機代碼中包括凝聚效應的工作，以對發(fā)射的射頻波行為及其真實效果進行建模，這項技術最終將用于設計最優(yōu)磁島的穩(wěn)定方案。

博科園｜研究/來自：普林斯頓等離子體物理實驗室

參考期刊《等離子體物理》

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