科學家試圖將太陽的核聚變帶到地球上來利用，必須控制熱帶電等離子體（由自由漂浮的電子和原子核或離子組成的物質狀態(tài)），而等離子體是核聚變反應的燃料。對于將等離子體限制在磁場中的科學家來說，一項關鍵任務是繪制出磁場的形狀，這一過程被稱為測量等離子體的平衡或穩(wěn)定性。

普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)的科學家提出了一種新測量技術，以避免在未來強大的托卡馬克(tokamak)或磁聚變裝置上繪制磁場圖時可能出現(xiàn)的問題。

這類托卡馬克反應堆，包括正在建設的大型國際實驗項目ITER，將產生中子轟擊，可能破壞目前用于繪制現(xiàn)有設施中地圖的內部診斷。因此，普林斯頓等離子體物理實驗室提議使用一種可在高中子環(huán)境中工作的替代診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)是等離子體診斷的一種，被稱為“電子回旋發(fā)射(ECE)”，它測量沿電場線循環(huán)的電子溫度?！巴ㄟ^使用電子回旋發(fā)射系統(tǒng)，可以了解等離子體的溫度和等離子體的波動。

這個提議的方法可以開發(fā)成一個獨立的映射工具，或者與現(xiàn)有工具一起使用。該方法將電子回旋發(fā)射數(shù)據與用于測量等離子體邊界的快速攝像機圖像相結合。該組合提供了“可以在高中子環(huán)境下進行魯棒設計的診斷”，流程如下：

1、研究人員觀察循環(huán)電子發(fā)出的輻射

2、輻射提供了關于等離子體中生長的溫度、模式或不穩(wěn)定性的數(shù)據

3、這些數(shù)據可以測量“q剖面”——磁場的螺旋度或螺旋運動

4、螺旋度的測量使托卡馬克算子能夠繪制和控制等離子體的平衡

可逆過程

這項技術是研究人員在升級之前，在普林斯頓等離子體物理實驗室國家球形環(huán)實驗(NSTX)模擬放電上測試的，它顛覆了通常用于聚變研究的過程，通常從平衡中得到q剖面，但研究表明，也可以從了解q剖面中得到平衡。這種方法只使用一種診斷方法“電子回旋發(fā)射”就可以構建融合等離子體的狀態(tài)。

這將對包括ITER在內的許多托卡馬克反應堆有用，因為將許多不同的診斷方法結合起來是有問題的，而且容易出錯?？茖W家現(xiàn)在計劃在多種等離子體放電上測試電子回旋發(fā)射技術，一項經過驗證和充分發(fā)展的技術可以為繪制ITER和下一代托卡馬克關鍵磁場提供一個有價值的系統(tǒng)。也許未來有一天能實現(xiàn)受控聚變，就真的能想核裂變一樣被人類運用。

博科園｜研究/來自：普林斯頓等離子體物理實驗室

參考期刊《核聚變與等離子體物理》

DOI: 10.1088/1361-6587/ab24a4

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