一項重大突破的發現可能加速在地球上實現可控制核融合能源
由普林斯頓電漿物理實驗室（PPPL）的張劉領導的研究人員揭示了一種有望緩解托卡馬克核融合裝置中由破壞引起的有害逃逸電子的方法。這種方法的關鍵在於利用了一種名為阿爾芬波的獨特電漿波動，這種波動以1970年諾貝爾獎得主、天體物理學家漢內斯·阿爾芬（Hannes Alfvén）的名字命名。
來源: phys.org
長期以來，阿爾芬波已經被認為會放鬆托卡馬克反應爐中高能粒子的束縛，使一些粒子逃逸，降低了這種圓環形裝置的效率。然而，張劉和普林斯頓電漿體物理實驗室（PPPL）、哥倫比亞大學和通用原子公司的研究人員在逃逸電子方面發現了好的結果。
驚人的圓環
科學家們發現，這種放鬆可以在高能電子發展成損壞托卡馬克組件崩潰之前擴散或散射高能電子。這個過程被確定為非常圓環：逃逸電子造成不穩定，產生阿爾芬波，從而阻止了崩潰的形成。
“這些發現對於直接觀察到破壞實驗中的阿爾芬波提供了全面的解釋，” PPPL的研究員、這篇論文的首席作者劉張表示。”這些發現建立了這些模式和逃逸電子產生之間的明顯的關聯。”
研究人員提出了這些相互作用驚人圓環性質的理論。這些結果與位於橡樹嶺國家實驗室的Summit超級電腦上的理論測試相符。
“張劉的研究表明，逃逸電子的數量可以通過由逃逸電子自身驅動的不穩定性來控制，” PPPL理論部門主任費利克斯·帕拉·迪亞茲（Felix Parra Diaz）表示。”他的研究非常令人興奮，因為它可能會通過固有不穩定性來導致自然減輕逃逸電子對裝置的損害，這對於設計核融合反應爐可能具有重要意義。”
熱爆發
破壞始於所需的百萬度高能溫度的急劇下降，這種下降被稱為”熱爆發”，釋放出類似地震引起的山崩的崩塌。”控制破壞是實現托卡馬克成功的重大挑戰，” 劉張說。
核融合反應將電漿中的輕元素結合在一起，電漿是由自由電子和稱為離子的原子核組成的熾熱帶電荷物態，釋放出太陽和恆星的巨大能量。因此，減輕破壞和逃逸電子的風險對於旨在重現這一過程的托卡馬克設施來說，將提供獨特的好處。
減輕破壞和逃逸電子的風險因此對於設計核聚變能源廠有重要意義。
這種新方法可能對於國際間在法國建設的ITER（國際熱核融合實驗堆）的推進以及核融合能源廠的開發標誌著一個關鍵步驟。
“我們的發現為創建新的減輕逃逸電子策略奠定了基礎，” 劉張說。目前正在計劃階段的實驗活動中，三個研究中心將進一步發展有關逃逸現象的研究結果。
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