虽然鸟类啁啾，等离子体不应该：新的等离子体物理洞察力推动融合能源的发展

时间：2021-10-21 09:52:02 来源：

pppl物理学家罗斯科白色。

美国能源部的科学家（DOE）普林斯顿等离子物理实验室（PPPL）进一步了解一种屏障，可以防止被称为Tokamaks的甜甜圈形融合设施，通过引起从它们丢失的重要热量来实现高效率。

由PPPL物理学家Roscoe White，研究团队使用的计算机模拟了一种等离子体运动，可以从核心到边缘撞到高度充沛的粒子，这是一个可能发生在迭代中的现象，在法国建造的跨国托卡马克展示融合作为能源的可行性。

“对于任何用于工作的融合装置，您需要确保在等离子体核心内局限性很好地确保高度充满活力的粒子，”PPPL物理学家Vinícius·杜阿雷特（PPPL物理学家ViníciusDuarte）报告了等离子体物理学的结果。“如果那些颗粒漂移到等离子体的边缘，你不能维持使融合动力电力所需的稳态燃烧等离子体。”

Duarte是指一种称为“啁啾”的现象，当与高能量粒子相互作用的等离子体的波浪突然改变时，最终导致从等离子体芯脱离的能量并产生快速变化的音调。新的调查结果，阐明了托卡马克在啁啾形式的方面，可以帮助研究人员p out如何挫败唧唧并保持在重要的热量。防止突然变化也可能保护托卡马克墙免受突然释放的浓缩和损坏能量爆发。

融合结合了等离子体形式的光元素 - 热，由自由电子和原子核组成的物质的形状形式 - 和产生恒星中的大量能量。科学家们旨在复制地球上的设备中的融合，以获得几乎取之不尽的安全和清洁能力以产生电力。

研究人员使用了计算机模拟，显示了等离子体粒子集团运动的高度详细视图，揭示了负责啁啾的一些机制，给予科学家可以找到改善其影响的方法。科学家使用PPPL代码轨道来计算血浆粒子的位置和速度如何随时间变化三维。模拟表明，当芯中的快速移动颗粒与通过等离子体的波浪中的波浪相互作用并且自发地形成迁移到等离子体边缘的丛的啁啾开始。该研究结果根据简化的托卡马克配置证实了早期的结果;他们还揭示了更丰富，更复杂的动态未见。

与等离子体颗粒的这种相互作用导致所谓的等离子体Alfvén波的频率同时上升和下降，将丛朝向等离子体边缘并有时进入墙壁。“这项研究中开发的工具使得托克马克的唧唧声的复杂，自组织动态化使得。”Duarte说。

科学家们不得不创建新的虚拟工具，以观察模拟波的移动与所需的细节。“最难的是发明诊断，这些诊断会彻底展示正在发生的事情，”白人说。“在某种意义上，它就像建造一个显微镜，这将让您查看您需要查看的内容。”

新调查结果继续致力于PPPL理论部门的成员，专注于了解啁啾，特别是在PPPL的国家球员托卡马克实验 - 升级（NSTX-U）中。“如果你了解它，”White说：“你可以找到没有它的融合设施的方法。”

参考：R.B. White，V.N.Duarte，N.Gorelenkov，E. D.Fredrickson和M. Podesta，5月28日，2020年5月28日，5月28日，Vöngén模式的“Alfvén模式的相位动态”。
10.1063/5.0004610

这项研究得到了Doe的科学办公室的支持。

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