发现可以稳定聚变反应的意外电流

电流无处不在，从给家庭供电到控制为聚变反应提供燃料的等离子体，再到可能产生巨大的宇宙磁场。现在，美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的科学家们发现电流可以以前所未有的方式形成。这些新的发现可能会给研究人员带来更大的能力，将驱动太阳和恒星的聚变能量带到地球上。普林斯顿大学等离子体物理专业研究生伊恩·奥克斯(Ian Ochs)说，了解哪些过程会在等离子体中产生电流，哪些现象可能会干扰它们，这一点非常重要。他是一篇入选“等离子体物理学”专题文章的论文的主要作者。它们是我们在磁聚变研究中用来控制等离子体的主要工具。

聚变是以等离子体的形式将轻元素粉碎在一起的过程，等离子体是物质的热、带电状态，由物质组成并产生大量能量。科学家们正在寻求复制聚变，以提供几乎取之不尽的电力来发电。

这些意想不到的电流出现在被称为托卡马克的甜甜圈形状的聚变设施中的等离子体中。当一种特定类型的电磁波(如收音机和微波炉发出的电磁波)自发形成时，电流就会产生。奥克斯说，这些海浪推动着一些已经在移动的电子，这些电子就像冲浪板上的冲浪者一样驾驭着海浪。

但是这些波的频率很重要。当频率较高时，波会导致一些电子向前移动，另一些电子向后移动。这两个运动相互抵消，不会产生电流。

然而，当频率较低时，波在电子上向前推进，在原子核或离子上向后推进，最终形成一个网。奥克斯发现，当低频波是一种叫做离子声波的特殊类型时，研究人员可以令人惊讶地产生这些电流，这种类型类似于空气中的声波。

这一发现的意义从实验室的相对较小规模延伸到宇宙的巨大规模。奥克斯说，宇宙中有不同尺度的磁场，包括星系的大小，我们真的不知道它们是如何到达那里的。我们发现的机制可以帮助播种宇宙磁场，任何能够产生磁场的新机制都会引起天体物理学的兴趣。

纸笔计算的结果包括使科学家能够计算这些电流是如何发展和增长的，这些电流是在没有电子直接相互作用的情况下发生的。奥克斯说，这些表达方式的表述并不简单。我们必须将研究结果浓缩，使其足够清晰，并用简单的表达方式抓住关键的物理问题。

结果加深了对一种基本物理现象的理解，也是意想不到的。奥克斯说，它们似乎与传统的观念相矛盾，即电流驱动需要电子碰撞。