等离子体|普林斯顿：提出控制聚变能反应的新方法等离子体

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【等离子体|普林斯顿：提出控制聚变能反应的新方法】

聚变能反应，指利用核聚变产生能量的反应，是一种结合两个较轻核子产生较重核子的能量反应。合并时，部分质量丧失转换为能量（质量不变定律）。如何控制聚变能反应，是生产这种大规模可持续能源的重要课题。
许多不同的聚变能概念曾被提出，目前主要的设计为如甜甜圈状的托卡马克聚变设施，以试图产生聚变反应所提供的安全、清洁、几乎无穷无尽的电力供应。这种反应将等离子形式的轻元素结合在一起，即由自由电子和原子核组成的物质状态，产生如驱动太阳和恒星的大量能量。
但重要的问题是，其中的等离子体中讨厌的磁泡（magneticbubbles）或磁岛（magneticislands）会干扰聚变反应从而影响聚变能量装置的性能。
最近，普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的研究人员开发出了一种控制聚变能反应的新方法以控制这些磁泡或磁岛的新颖方法，这为改善聚变能量装置的性能提供了一种可能的方法。
该技术来自于管理射频（radiofrequency ，缩写：RF）波以稳定磁泡，磁泡会膨胀并产生破坏，从而限制ITER的性能， ITER是法国正在建设的国际设施，旨在证明聚变动力的可行性。
研究人员开发出了用于控制这些磁泡或磁岛的新模型。这种新颖的方法修改了将射频（RF）稳定地沉积到等离子体中以稳定磁岛的技术。
普林斯顿等离子体物理实验室的等离子体物理专业的研究生，该论文的第一作者、金苏素（SuyingJin）说，新模型预测，以等离子脉冲而不是稳态流的形式沉积射线可以克服泄漏问题。她说：“在相同平均功率的高阻尼情况下，脉冲还可以提高稳定性。 ”
她说，为使这一过程正常进行， “脉冲必须以既不能太快也不能太慢的速率来完成。 ”“这个最佳点应该与热量通过扩散从磁岛上消散的速率相一致。 ”
这种新模式借鉴了论文主导作者、金的导师、艾伦·赖曼（AllanReiman）过去的工作，以及普林斯顿大学等离子体物理项目主任、论文主导作者、纳特·费希（NatFisch）教授的工作。他们的研究为射频功率沉积以稳定磁岛提供了非线性框架。
赖曼说：“这项研究工作的意义在于，它大大扩展了可用于解决如今被认为是使用聚变设施进行经济的聚变能所面临的关键问题的工具。托卡马克设施一直被这些自然产生的不稳定磁岛问题所困扰。 ”
费希补充说：“这一工作不仅提出了新的控制方法，它对这些新预测的作用的识别，可能会迫使我们重新评估过去的实验发现，其中这些作用可能没有起到应有的作用。这一工作现在激发了可以澄清的具体实验作用机制，并指出如何最好地控制这些灾难性的不稳定因素。 ”
RF沉积的原始模型表明，它会升高温度并驱动岛中心的电流，以防止其生长。然后，在功率沉积和岛的温度变化之间会出现非线性反馈，从而大大提高了稳定性。控制这些温度变化的是岛边缘处等离子体中的热量扩散。
但是，在阻尼长度小于孤岛大小的高阻尼状态下，这种相同的非线性效应会在稳态沉积过程中产生一个称为“阴影”的问题，从而导致RF射线在到达之前耗尽功率岛的中心。