作者拉斐尔·罗森,普林斯顿等离子体物理实验室 PPPL物理学家克里斯多佛·斯密特帮助产生了一些发现,这些发现可能使聚变产生的电更接近现实
信用:帕米拉·塞莱 在地球上创造聚变能的一个挑战是捕获被称为等离子体的带电气体,在强磁场中激发聚变反应,并尽可能长时间地保持等离子体尽可能的热和密度
现在,美国大学的科学家
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能源部普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)对一种常见类型的打嗝有了新的认识,这种打嗝被称为锯齿不稳定性,它冷却了中心的热等离子体,并干扰了聚变反应
这些发现有助于让聚变能更接近现实
“传统模型解释了锯齿碰撞的大部分情况,但是有一部分观测结果我们一直无法解释,”PPPL物理学家克里斯托弗·斯密特说,他是一篇报道核聚变结果的论文的主要作者
“解释这些不寻常的事件将填补理解锯齿现象的空白,锯齿现象已经存在了将近40年
" 聚变以等离子体的形式结合了轻元素,等离子体是由自由电子和原子核组成的物质的热带电状态,在这个过程中,在太阳和恒星中产生大量的能量
科学家们正在寻求在地球上的设备中复制聚变,以获得几乎取之不尽的安全和清洁的电力供应来发电
几十年来,研究人员已经知道,聚变等离子体核心的温度通常上升缓慢,然后会突然下降——这是一种不希望发生的情况,因为较低的温度会降低效率
流行的理论是,当一个称为安全系数的量(衡量等离子体的稳定性)下降到接近1时,就会发生碰撞
安全系数与环形托卡马克聚变装置中磁场的扭曲程度有关
然而,一些观察表明,当安全系数降至0左右时,温度崩溃就会发生
七
这很令人惊讶,而且无法用最广泛接受的理论来解释
这一新发现不是来自等离子体物理,而是来自抽象数学,它表明当安全系数取特定值时,其中一个值接近0
7、等离子体核心中的磁场可以变成一种不同的构型,称为交替双曲型
“在这种拓扑结构中,等离子体在核心中消失了,”斯米特说
“等离子体从中心向相反的方向排出
这导致了一种新的方式,使磁笼部分破裂,使磁心温度突然下降,并随着磁场和温度的缓慢恢复而重复这一过程
" 新的见解表明了一个令人兴奋的新的研究方向,即在等离子体中保持更多的热量并更有效地产生聚变反应
“如果我们不能解释这些异常观察,那么我们就不能完全理解这些机器中发生了什么,”斯米特说
“对抗锯齿不稳定性可以导致产生更热、更扭曲的等离子体,让我们更接近聚变
" 这个模型来自纯粹抽象的数学研究
Smiet找到了描述托卡马克中心磁场的数学方法
所有可能的构形都可以和一个叫做李群的代数结构联系起来
“数学真的很美,”斯米特说
“这个数学小组让你鸟瞰所有可能的磁性配置,以及一种配置何时可以变成另一种配置
" 新模型表明,托卡马克中磁结构能够改变的时间之一是当安全系数精确地下降到三分之二,或0
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“这与0的值非常接近
这在实验中已经看到了,尤其是当考虑到实验的不确定性时
“这些结果最美妙的部分之一,”他说,“是它们来自纯粹的数学
" Smiet希望通过在托卡马克上运行实验来验证新模型
“数学已经告诉我们要寻找什么,”他说,“所以现在我们应该能够看到它
"
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