作者:凯特·麦卡平，密歇根大学 等离子体柱内爆后的图像
在左边，等离子触须从传统的直柱状设计的两侧伸出
14特斯拉和20特斯拉的扭曲结构分别位于中间和右侧，等离子触须要短得多
这反映了磁场更均匀的压缩
信用:保罗·坎贝尔；等离子体、脉冲功率和微波实验室；密歇根大学
密歇根大学领导的研究表明，等离子体磁压缩的新进展可能会改善材料科学、核聚变研究、x光生成和实验室天体物理学
研究表明，弹簧状的磁场减少了磁力线之间的等离子体量
等离子体被称为物质的第四种状态，它是一种非常热的气体，以至于电子从它们的原子中脱离出来
研究人员使用磁压缩来研究极端等离子体状态，在这种状态下，密度足够高，量子力学效应变得重要
由于重力的压缩，这种状态自然出现在恒星和气体巨行星内部
由U-M大学核工程和放射科学副教授瑞恩·麦克布莱德领导的研究小组，通过用磁场内爆等离子体柱来测试达到这种状态的方法
当磁场在圆柱体表面发现微小的凹坑并切入其中时，这些圆柱体有以“香肠链”方式破裂的趋势
(专业术语是“香肠不稳定
") 麦克布赖德说:“这就像用手挤压一根软黄油。”
“黄油从你的手指间挤出来了
" 麦克布赖德比喻中的黄油是等离子体，手指是磁场线
他的团队寻找一种方法来防止磁场深入圆柱体的缺陷，而是使磁场更均匀地压在圆柱体的外表面
他们通过将磁场扭曲成螺旋状，这是一种类似弹簧的形状，并改变螺旋压在等离子体圆柱上的角度
这使得磁场更难切入——磁场穿过许多草皮，而不是压入任何一个草皮太久
在这些实验中测试的最扭曲的磁性配置将逃逸的等离子体触角的长度减少了大约70%
这项研究是与桑迪亚国家实验室和康奈尔大学血浆研究实验室合作完成的
该小组通过改变电流(超过100万安培)流经压缩装置的方式来改变磁场的形状
电流通常向上流经被压缩的中心圆柱体，然后向下流经围绕中心圆柱体的直的“回流”柱
这产生了围绕中心圆柱体的圆柱形磁场
为了将圆柱形磁场转变成螺旋，研究小组将回流柱绕着中心圆柱旋转
中心圆柱体开始是金属箔，但是巨大的电流很快将金属转变成等离子体
他们在康奈尔光束研究加速器上进行实验
“设计回流结构是一个有趣的平衡行为，”该论文的第一作者、博士保罗·坎贝尔说
D
U-M大学核工程和放射科学学生
“我们甚至不确定是否能加工出这些结构，但幸运的是，金属三维打印技术已经发展到了可以打印出来的地步
" 坎贝尔解释说，当结构更加扭曲时，流过它们的电流就更少，所以柱子必须放置在离内爆等离子体更近的地方来补偿
与此同时，他们需要在结构上有缺口，这样他们就能看到内爆是怎么回事
为了复制恒星内部的条件，磁压缩是一种压缩核聚变燃料(通常是氢的变体)的方法，以研究恒星的动力过程
该技术还可以产生强大的x光爆发，并模拟天体物理现象，如黑洞附近的等离子射流
《物理评论快报》杂志接受了一篇关于这项研究的论文，题为“通过动态螺旋箍缩稳定线性内爆”
这项研究还将在2020年11月美国物理学会等离子体物理分部的年度会议上被邀请进行演讲
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