吹泡泡：证实了在等离子体等离子体中发射和驱动电流的新方法

时间：2021-09-05 08:52:07 来源：

在被称为托卡马克的设施内部产生聚变反应的一个障碍是，在等离子体中产生有助于产生约束磁场的电流以脉冲的形式发生。沿着托卡马克中心的电磁体产生的这种脉冲将使聚变能的稳态产生变得难以实现。为了解决该问题，物理学家已经开发出一种称为瞬态同轴螺旋注入（CHI）的技术，以产生非脉冲电流。

现在，美国能源部（DOE）普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的物理学家法蒂玛·埃布拉希米（Fatima Ebrahimi）已使用高分辨率计算机模拟来研究该技术的实用性。仿真表明，CHI可以在比今天更大，更强大的托卡马克中连续产生电流，以产生稳定的聚变等离子体。

“稳定性是托卡马克中任何电流驱动系统的最重要方面，”论文的作者埃布拉希米（Ebrahimi）说，该论文报道了等离子体物理的发现。“如果等离子体稳定，那么您可以拥有更多的电流和更多的聚变，并使其随着时间的流逝而持续下去。”

PPPL物理学家法蒂玛·埃布拉希米（Fatima Ebrahimi）。

聚变是驱动太阳和恒星的力量，它融合了等离子体形式的轻元素，等离子体是由自由电子和原子核组成的热的带电状态，会产生大量的能量。科学家们正在寻求在地球上复制核聚变，以提供几乎无穷无尽的电力供应。

CHI技术取代了称为螺线管的电磁体，该螺线管在当今的托卡马克中感应出电流。CHI通过自发地向等离子体中产生磁泡或等离子体来产生临界电流。新的高分辨率模拟证实，在未来的托卡马克中，沿等离子体行进的等离子体会产生电流，从而产生约束场。模拟进一步表明，即使受到三维不稳定性的影响，等离子体仍将保持完整。

将来，Ebrahimi计划模拟CHI启动，同时包括更多有关等离子体的物理知识，这将为进一步优化工艺并推断出下一步设备提供见识。她说：“这有点困难，但现在的新闻是，这些模拟表明，CHI是一种可靠的电流驱动技术，随着它们开始吸收更强的磁场，它可以在世界各地的聚变设施中使用。 ”

参考：F. Ebrahimi于2019年9月3日在等离子物理上发表的论文“三维等离子体介导的重新连接和环形引导场在同轴螺旋注入模拟中的作用”。
10.1063/1.5098482

这项工作得到了美国能源部科学办公室（融合能源科学）的支持。计算部分由国家能源研究科学计算中心（NERSC）进行，该中心是位于加利福尼亚州伯克利的劳伦斯伯克利国家实验室的DOE科学用户设施办公室。

位于新泽西州普林斯伯勒市普林斯顿大学福雷斯特校区的PPPL致力于创造有关等离子体物理学的新知识-超热，带电气体-并开发用于产生聚变能的实用解决方案。该实验室由美国能源部大学科学办公室管理，该实验室是美国物理科学基础研究的最大支持者，致力于解决当今时代最紧迫的挑战。

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