科学家探索无线电波的能量以帮助控制聚变反应

在地球上捕获和控制聚变能的一个关键挑战是保持等离子体(为聚变反应提供燃料的带电气体)的稳定性，并保持数百万摄氏度的温度来启动和维持聚变反应。这一挑战需要在甜甜圈形状的托卡马克聚变设施中控制磁岛，即在等离子体中形成的泡状结构。这些岛屿可能会生长，冷却等离子体，并引发破坏-储存在等离子体中的能量突然释放-这可能会阻止聚变反应，并严重破坏容纳它们的聚变设施。普林斯顿大学(Princeton University)和美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的科学家们的研究表明，ITER中麻烦的磁岛、法国在建的国际托卡马克以及其他未来不允许大规模中断的设施得到了更好的控制。普林斯顿等离子体物理项目的研究生爱德华多·罗德里格斯(Eduardo Rodriguez)说，这项研究可能会为之前被认为无法获得的改进控制方案打开大门。他在“等离子体物理学”上发表的一篇论文的第一作者报道了这一发现。

这项研究是在Allan Reiman和Nat Fisch之前工作的基础上进行的，他们发现了一种名为RF[射频]电流凝聚的新效应，它可以极大地促进稳定。新的等离子体物理论文展示了如何最大限度地利用这种效应。Reiman是PPPL的杰出研究员，Fisch是普林斯顿大学教授，普林斯顿大学等离子体物理项目主任，PPPL学术事务副主任。

聚变反应结合了轻元素的形式-由自由电子和原子核组成的物质状态-在太阳和恒星中产生大量的能量。全世界的科学家都在寻求在地球上重现这一过程，为全人类提供几乎取之不尽的安全和清洁的电力。

这篇新论文基于一个简化的分析模型，重点介绍了利用RF波对岛屿进行加热，并驱动电流使其收缩和消失。当温度足够高时，可能会发生复杂的相互作用，导致射频电流凝聚效应，使电流集中在岛的中心，从而大大提高稳定性。但是，随着，以及岛屿较冷的边缘和较热的内部之间的温度梯度变得更大，这种梯度可能会导致不稳定，从而使进一步提高温度变得更加困难。

这一点对点是射频波能否达到稳定目标的一个重要指标。罗德里格斯说，我们分析当前的冷凝和加热产生的梯度增加的湍流之间的相互作用，以确定系统是否稳定。我们希望不会增长。"；新的论文展示了如何控制波的功率和瞄准，以便在考虑到不稳定性的情况下，最大限度地利用射频电流凝聚效应。罗德里格斯说，关注这一点可以改善聚变反应堆的稳定性。

研究人员现在计划在模型中引入新的方面，以开展更详细的调查。这些步骤包括在计算机代码中包括凝聚效应的工作，以对发射的射频波的行为及其真实效果进行建模。这项技术最终将用于设计最优的岛屿稳定方案。更多信息：E.Rodríguez等人，“湍流增强传输中存在的射频电流凝聚”，“等离子体物理”(2020)。编号：10.1063/5.0001881