作者扎布丽娜·乔哈尔，威廉玛丽学院 威廉和玛丽物理系的助理教授萨斯基亚·莫迪克领导了DIII-D国家聚变设施的多机构研究小组，该小组解开了聚变反应的三个要素
他们的工作朝着实用、安全的聚变能推进
功劳:斯蒂芬·萨尔普卡斯 由威廉&玛丽物理学家领导的国家聚变设施的一个团队在物理理解方面取得了重大进展，这代表着向实用聚变能迈出了关键的一步
这项工作发表在《核聚变》杂志的一篇文章中，有助于更好地解释三个变量之间的关系——等离子体湍流、电子通过等离子体的传输和核心中的电子密度
因为这些因素是聚变反应的关键因素，这种理解可以显著提高预测聚变等离子体性能和效率的能力，这是实现商业化聚变发电厂的必要步骤
“一段时间以来，我们已经知道等离子体中核心电子密度、电子-离子碰撞和粒子运动之间存在着联系，”威廉和玛丽的萨斯基亚·莫迪亚克说，他领导着DIII-D的多机构研究小组
“不幸的是，到目前为止，研究还不能把这种关系从影响电子密度模式的其他因素中分离出来
" 威廉和玛丽大学物理系的助理教授莫迪克指出，除了国际上在直接投资发展项目上的努力，W&M也为欧盟的类似实验做出了贡献
通用原子公司作为美国能源部科学办公室的国家用户设施，是美国最大的磁聚变研究设施
它接待了来自全球100多个机构的研究人员，包括40所大学
该设施的核心是一个托卡马克，它使用强大的电磁体产生一个环形的磁性容器，用于限制聚变等离子体
在DIII-D中，等离子体温度通常比太阳高10倍以上
在如此极高的温度下，氢同位素可以融合在一起并释放能量
在托卡马克中，聚变功率由温度、等离子体密度和约束时间决定
聚变增益，用符号Q表示，是聚变功率与维持反应所需的输入功率之比，因此是装置效率的关键指标
在Q = 1时，已经达到了盈亏平衡点，但是由于热损失，自持等离子体直到Q = 5时才达到
目前的系统已经实现了Q = 1的外推值
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法国正在建设的ITER实验预计将达到Q = 10，但商业聚变发电厂可能需要达到更高的Q值才能经济
因为等离子体核心中的电子密度是聚变增益的关键因素，科学家们正在开发获得更大峰值密度的方法
一种先前确定的有希望的方法是减少电子-离子碰撞，等离子体物理学家称之为碰撞性的参数
然而，以前的研究无法确定密度峰值和碰撞性之间的确切关系，也无法将这种影响与等离子体的其他特征隔离开来
DIII-D小组进行了一系列实验，其中只有血浆碰撞性是变化的，而其他参数保持不变
结果表明，低碰撞性通过在等离子体中形成阻止粒子运动的内部屏障来提高电子密度峰值，这又改变了等离子体湍流
先前的研究表明这种效应可能是由于中性束注入引起的等离子体加热，但实验表明这与粒子输运和湍流有关
“这项工作大大提高了对等离子体核心中电子行为的理解，这是一个对增加聚变增益非常重要的领域，”国防工业研究所所长大卫·希尔说
“这是在未来商业反应堆中走向实用聚变能源的又一重要步骤
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