作者拉斐尔·罗森，普林斯顿等离子体物理实验室 一位艺术家在电脑代码前演绎一个分裂的托卡马克等离子体 将太阳的能量带到地球上需要合理的理论、良好的工程和一点技巧
这个过程需要捕获带电的超高温气体，即等离子体，这样它的粒子就可以融合并释放出大量的能量
这一过程中最广泛使用的设备是环形托卡马克，它用形状和位置精确的强磁铁将等离子体固定在适当的位置
但是这些磁体的形状或位置的错误会导致等离子体的不良限制和损失，从而关闭聚变反应
现在，一个由美国物理学家领导的国际研究小组
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美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)开发了一种技术，可以预测托卡马克如何应对这些不必要的磁误差
这些预测可以帮助工程师设计聚变设施，有效地创造出几乎取之不尽、用之不竭的安全清洁聚变能源来发电
聚变以等离子体的形式结合了轻元素——由自由电子和原子核组成的带电热态物质——并在恒星中产生大量能量
科学家们的目标是在地球上复制和控制这一过程
该小组制定了一个被称为标度律的规则，该规则有助于从现有设备推断未来托卡马克的特性
该定律主要来源于通用原子公司为美国能源部在圣地亚哥运营的国家聚变设施上进行的三年实验
研究人员还利用了由ITER国际托卡马克物理活动小组维护的误差场效应数据库，该小组负责协调世界各地的聚变研究
现在需要来自不同尺寸的附加设备的数据，以增强外推标度律的信心，从而预测在ITER发生干扰之前，场的误差有多大。法国正在建造多国托卡马克，以证明聚变能的可行性
误差场的形成 托卡马克磁体形状或位置的不规则性会产生误差场，引发等离子体破裂，导致等离子体突然脱离磁场并释放大量能量
“问题是ITER在不干扰的情况下能容忍多大的误差场，”PPPL物理学家、一篇报道核聚变结果的论文的主要作者尼古拉·洛根说
“我们希望防止ITER的破坏，因为它们既会干扰聚变反应，又会损坏墙壁
" 由于ITER正在建设中，研究人员使用两种计算机代码的混搭来模拟误差场对韩国、中国、英国和其他国家的托卡马克等离子体的影响，强化误差直到等离子体中断
研究人员希望找到模式，使他们能够制定一个简单的规则，这将有助于对正在建造的托卡马克中未来的误差场干扰进行推测
合并后的代码对等离子体的模拟比每个单独的代码更精确
由德国马克斯·普朗克等离子体物理研究所开发的TM1代码解决了以圆柱形状模拟混沌等离子体行为的方程，而在PPPL开发的理想扰动平衡代码(IPEC)代码模拟了托卡马克形状的等离子体
该论文的作者之一、物理学家胡说:“通过组合这些代码，我们能够模拟包括在内的各种设备中可能出现的各种情况。”
“获得ITER的准确预测很重要，因为目前没有那么大的机器
" “这项工作扩展了我们对聚变装置中误差场影响的认识，”PPPL ITER和托卡马克部门的负责人拉菲·纳齐克安说
“数值分析和实验分析的结合为评估ITER和未来反应堆中误差场的重要性提供了一个令人信服的基础
" 后续步骤 洛根和胡希望从托卡马克实验中收集更多的信息，使标度律更加精确，使其能够预测等离子体核心和边缘区域的等离子体性能
“这不是一个警钟文件，”洛根说
“这只是帮助物理学家和工程师知道，在向ITER投入大量能量之前，他们需要多么仔细地考虑潜在的误差场
" 合作者包括来自通用原子科学公司、捷克科学院等离子体物理研究所、中国科学院等离子体物理研究所、韩国蔚山国家科学技术研究所、英国库勒姆聚变能源中心、意大利康索尔齐奥·RFX、德国马克斯·普朗克等离子体物理研究所和麻省理工学院等离子体科学与聚变中心的研究人员
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