作者约翰·格林沃尔德，普林斯顿等离子体物理实验室 PPPL物理学家斯蒂芬·贾丁用纸做的图
信用:艾丽·斯塔克曼/PPPL通信办公室
寻求将驱动太阳和恒星的聚变带到地球的科学家必须应对锯齿不稳定性——激发聚变反应的等离子体中心压力和温度的上下波动，类似于锯齿刀片
如果这些波动足够大，它们会导致整个等离子体放电的突然崩溃
这种波动最早是在1974年观察到的，到目前为止还没有找到一个被广泛接受的理论来解释实验观察
与观察结果一致 美国大学的研究人员
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能源部普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)提出了一个新理论来解释环形托卡马克或聚变设施中发生的波动
研究人员说，通过高保真计算机模拟创建的这一理论，似乎与托卡马克实验期间的观察结果一致
了解这一过程可能对下一代聚变设施至关重要，比如法国正在建设的国际实验项目ITER，该项目旨在展示聚变能的实用性
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物质的热带电状态——产生大量能量
寻求在地球上复制核聚变的科学家们打算提供一种几乎取之不尽的安全清洁能源来发电
最近的发现表明，当等离子体核心中的压力达到某一点时，会激发其他不稳定性，从而产生突然的压力和温度下降
物理学家斯蒂芬·贾丁(Stephen Jardin)说，这些不稳定性在等离子体的核心产生了混乱的(或随机的)磁场，导致了坍缩。他是《等离子体物理学》中一篇描述这一过程的论文的主要作者，这篇论文在美国物理学会的一份名为《科学之光》的出版物中得到强调
" “大多数托卡马克放电显示出锯齿，”贾丁说，“我们试图提供它们背后的物理理论
" 新的发现与长期坚持的理论截然不同，该理论认为引起波动的是导致磁场重联的不稳定性——等离子体中磁力线的分裂和断裂
“这个理论已经存在了40多年，”贾丁说
激发新理论 激发这一新理论的是之前的PPPL研究，该研究证明了被认为导致磁场重联的不稳定性实际上可以自我稳定等离子体
它通过产生一个局部电压来达到这个目的，这个局部电压可以防止等离子体核心中的电流达到峰值，而不会受到磁场重联的影响
新的解释认为，即使磁重联受到抑制，等离子体核心热量的增加也会激发局部不稳定性，这些不稳定性共同作用，使锯齿周期中的压力和温度变平
贾丁和该论文的合著者、PPPL物理学家内特·费拉罗开发的代码所产生的模拟演示了这一过程
这种新的不稳定性会增长得非常快，与传统理论无法解释的实验中看到的热的快速崩溃相一致
这个先进的模型为理解锯齿现象提供了一个新的途径
展望未来，科学家们希望探索该模型在描述“巨型锯齿”的进化和使用高功率射频天线控制锯齿摆动等任务中的适用性
“我们想开发一个整个托卡马克等离子体的模拟模型，”贾丁说，“锯齿理论是这项工作的重要组成部分
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