美国物理学会
DIII-D中的快速离子传输
(上图)成像中性粒子分析仪测得的快速离子速度-空间流动图像
快速离子正从蓝色区域移出，进入红色区域
阿尔芬波导致快速离子沿着所示路径移动
(下图)模拟结果再现了实验中观察到的行为
信用:X
杜，通用原子 美国
S
科学界目前正在构思第一座核聚变发电厂，这将彻底改变能源生产
像太阳和恒星一样，聚变发电厂将通过在高于2500万华氏度的温度下，将氢等轻元素聚变为氦等重元素来产生能量
将氢熔化产生氦所释放的能量大约是化学反应的400万倍，例如燃烧煤、石油或天然气
然而，聚变反应既不会在大气中释放二氧化碳，也不会产生放射性双产物，这使得它成为地球上最有希望生产清洁能源的方式之一
在如此高的温度下，原子分解成带正电荷的原子核(或离子)和带负电荷的电子，形成一种叫做等离子体的物质状态
在被称为托卡马克的环形聚变装置中，等离子体在强磁场的帮助下被保持在容器内，强磁场可以控制带电粒子的路径
有效地产生聚变能需要将等离子体容纳足够长的时间，以使离子碰撞和聚变
然而，这些等离子体可能隐藏着电磁振荡，即所谓的阿尔夫波，它会导致磁场振动，就像拨动吉他弦一样
这种振动可以在聚变发生前将高能离子带出等离子体的热核心区域，就像冲浪运动员冲浪一样
研究和控制聚变反应堆中的这种快速离子流需要了解这些离子的行进路径和最终去向
直到现在，离子的个体迁移轨迹一直是一个长期未解的谜
最近，圣地亚哥DIII-D国家聚变设施的科学家开发了一种新仪器，称为成像中性粒子分析仪，其工作原理如下
首先，一束中性(不带电)粒子被注入等离子体的核心，在那里发生快速离子流
当注入的中性粒子与来自核心的快离子碰撞时，两个粒子交换电子
在这个电荷交换过程中，快离子接受电子并变成快中性
这些快速的中性粒子可以逃离核心等离子体，因为它们缺乏电荷意味着它们不会被磁场捕获
当它们逃逸时，它们被成像中性粒子分析仪捕获，该分析仪可以重建关于原始快离子的能量、轨迹和方向的信息
结合这些信息，该仪器首次揭示了由阿尔芬波驱动的快速离子流的细节
研究人员观察到，一些离子向较冷的等离子体外部区域移动，而另一些离子出人意料地从阿尔芬波中获得能量，并向较热的等离子体核心区域移动(图1)
像鸟类一样，这种粒子迁移沿着特定的路线发生，就像鸟类一样，这些路线是由粒子移动通过的环境决定的，特别是波的频率、波数和其他与粒子运动相关的因素
这些由多个波诱导的路线也相互交叉
这表明快离子有可能通过在不同路线之间转换而经历大规模迁移，一些离子遵循允许它们逃离核心的路线，而另一些则返回核心
观察到的迁移路径也通过最先进的等离子体模拟得到了证实
重要的是要注意，强快速的离子流对聚变等离子体的运行是破坏性的，因为如果粒子太快离开等离子体而不能转移它们的能量，这将限制维持聚变过程所需的可达到温度
为了减少这种传输，科学家们正在研究减少迁移路线及其交叉点的可能方法，并消除快速离子逃离等离子体的“最后一英里”路线
相关论文目前已被接受，并将在《物理》杂志上发表
发动机的旋转
列特
(2021)
https://日记
辅助电能（Accessory Power Supply的缩写）
org/PRL/accepted/85073y 61 o 561 a 17 BC 2a 97d 34 e 912 a 47 EC 6a e 386 da
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
