美国物理学会
(a)热灰和(b)冷燃料离子在磁化等离子体中与不断增长的高频波相互作用时的轨迹
由于与波浪的共振相互作用，火山灰随机扩散
燃料离子没有任何反应，这种扩散将产生电场，导致等离子体旋转
然而，在(b)中从左到右的离子漂移表明了对燃料离子如何响应波的新理解，这有时会否定旋转驱动效应
学分:伊恩·欧克斯，普林斯顿大学 在可控核聚变中，氢的重同位素融合成氦，在这个过程中释放出巨大的能量
实验室聚变反应释放的大部分能量进入热氦灰(等离子体中的一种杂质，与火产生的灰没有相似之处)
这种灰大约是300亿摄氏度，相比之下，大块等离子体是2亿摄氏度
就上下文而言，太阳核心的温度是1500万摄氏度
通过被称为α通道的波-粒子相互作用，灰能量可以被等离子体波捕获
然后，波中的能量可以被燃料离子吸收，为聚变反应提供动力
当氦灰的速度与波的速度匹配时，产生α通道的波-粒子相互作用发生，这种情况以其发现者，20世纪苏联物理学家列夫·兰道的名字命名为兰道共振
这种共振允许能量和动量在波浪和粒子之间有效地交换，就像冲浪运动员以与波浪相同的速度行进时从海浪中获得能量一样
结果是，在环形托卡马克聚变设施的磁场中，每个轨道两次，粒子受到波的“踢”
在许多互动中，这些踢腿导致随机行走扩散，如图1a所示
对于一个精心选择的波，这种扩散在冷却等离子体的同时从等离子体中吸出灰烬，将能量转移到波中
在此之前，物理学家不知道通过阿尔法通道提取氦灰是否也会从等离子体中提取净电荷
这种提取驱动等离子体中的旋转
反过来，旋转可以稳定等离子体的不稳定性，旋转中的剪切可以抑制等离子体湍流
这种不稳定性和湍流的减少使得用更少的功率和降低的运行成本来维持等离子体的高温成为可能
因此，通过阿尔法通道提取电荷和驱动旋转可以极大地帮助提高托卡马克的性能
或者，如果净电荷没有通过阿尔法通道提取，燃料离子必须被拉入热等离子体中心，以平衡氦灰损失的电荷
这也是一个有利的效果
问题是:电荷提取和等离子体燃料供给会产生哪种有利的效果？ 为了回答这个问题，我们注意到电荷的提取取决于所有等离子体粒子对所选波的反应
处理等离子体的所有成分需要一个自洽的阿尔法通道模型，这个模型到目前为止一直缺失
我们的模型表明，在时间上增长的平面波和在空间上增长的稳态波之间有着重要的区别
一个随时间增长的波创造了条件，通过引起相对冷的大块离子的轻微漂移，消除了从灰中提取的所有电荷(图1b)
结果，没有旋转被驱动
相比之下，由天线在等离子体边缘注入的稳态波允许提取电荷和旋转驱动
更复杂的波以容易预测的方式表现出这些行为的混合
因此，这个模型自我一致地建立了阿尔法通道提取电荷和驱动旋转的条件，使我们更接近更精细的等离子体控制
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
