物理学家对等离子体研究有了新发现,可以使人类更接近聚变能

一种对磁化等离子体进行分类的新方法导致发现了10个以前未知的等离子体拓扑相。

了解更多关于这些阶段,特别是它们之间的转变,可以帮助等离子体物理学家进一步探索等离子体聚变。这是因为它们之间的转换支持边缘模式,或等离子体表面交叉处的波。这些奇异的激发可以拓宽磁化等离子体的潜在实际用途。

“这些发现可能导致这些奇异激发在空间和实验室等离子体中的可能应用。” 普林斯顿等离子体物理实验室 (PPPL) 的物理学家傅一晨(音译: Yichen Fu) 说,“下一步是探索这些激发能做什么以及如何利用它们。”

最近的研究开始从拓扑的角度考虑等离子体,即研究其内部波的形状。

然而,冷磁化等离子体中的拓扑相以及它们之间的转变尚未得到全面探索。这很重要,因为它可以帮助我们了解等离子体如何与自身相互作用。

傅和他的同事,普林斯顿等离子体物理实验室 (PPPL)物理学家秦虹(音译:Hong Qin),试图用数学方法描述均匀磁场中冷等离子体的拓扑相。他们发现了 10 个不同的新相,由边缘模式分隔 ——等离子体内两个拓扑不同区域之间的边界。数值研究证实了两人的发现。

上图:MAST 托卡马克等离子体聚变室中的等离子体测试

“等离子体中 10 个相的发现标志着等离子体物理学的主要发展,” 秦虹说,“任何科学努力的第一步也是最重要的一步是对所研究的物体进行分类。任何新的分类方案都将导致我们对理论理解的提高和随后的技术进步。”

论文中没有推测这些进步可能是什么,但有一些有趣的可能性。等离子体通常被称为物质的第四态,一种从原子中剥离电子气体,形成电离物质。

它在太空中很丰富——事实上,它是在恒星中发现的物质状态,这是潜在等离子体技术的关键。

在它们的等离子体核心深处,恒星融合原子核形成更重的元素,这一过程会产生大量能量。科学家们一直致力于将地球上的等离子体聚变作为一种清洁且几乎无限的能源生产形式。

在它们的等离子体核心深处,恒星融合原子核形成更重的元素,这一过程会产生大量能量。科学家们一直致力于将地球上的等离子体聚变作为一种清洁且几乎无限的能源生产形式。

正如您可能想象的那样,这是非常困难的。我们需要能够在比太阳更热的温度下保持稳定的等离子体足够长的时间来产生和提取能量。还有很多难题需要解决,所以我们离这个目标还很远——但更好地了解等离子体会让我们更接近。

这项研究代表了朝这个方向迈出的一步。

“论文中最重要的进展是根据等离子体的拓扑特性研究等离子体并确定其拓扑相,”傅说,“基于这些阶段,我们确定了激发这些局部波的必要和充分条件。至于如何将这一进展应用于促进聚变能研究,我们必须找出答案。”

该研究已发表在《自然通讯》上。

【免责声明】如涉及作品内容、版权和其它问题,请在30日内与本站联系,我们将在第一时间删除内容!

主营产品:轨道设备,路面机械,凿岩机械,桩工机械,气动钻机