美國能源部(DOE) 普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室(PPPL) 的物理學(xué)家與日本研究人員合作，對日本的大型螺旋裝置(LHD) 進(jìn)行了觀測，這是一種在日本被稱為“突出”的扭曲磁性設(shè)施。結(jié)果首次證明了一種將熱量限制在稱為仿星器的設(shè)施中的新方法，類似于日光管。這些發(fā)現(xiàn)可能會推進(jìn)扭曲的設(shè)計(jì)，作為未來聚變發(fā)電廠的藍(lán)圖。

研究人員通過將微小的硼粉顆粒注入LHD 等離子體來促進(jìn)聚變反應(yīng)，從而產(chǎn)生了更高的限制效應(yīng)。它們通過安裝在PPPL 上的滴管注入，大大減少了湍流和渦流，并增加了產(chǎn)生反應(yīng)所需的限制熱量。 PPPL物理學(xué)家Federico Nespoli等人在期刊《自然-物理學(xué)》上發(fā)表了相關(guān)論文。

當(dāng)研究人員在2018 年啟動LHD 雜質(zhì)粉末滴管項(xiàng)目時，他們希望它能夠?qū)δ芰肯拗飘a(chǎn)生影響。觀察結(jié)果甚至比他們預(yù)期的還要好，等離子體半徑的很大一部分上的湍流受到抑制。這項(xiàng)研究的結(jié)果將為控制聚變反應(yīng)堆中的高性能等離子體提供良好的工具。

恒星機(jī)器最早于20 世紀(jì)50 年代由PPPL 創(chuàng)始人萊曼·斯皮策(Lyman Spitzer) 領(lǐng)導(dǎo)建造，是一個很有前途的概念，但長期以來落后于被稱為托卡馬克(tokamak) 的對稱磁裝置。馬克已成為生產(chǎn)核聚變能源的主要設(shè)施。恒星裝置可以在穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行，托卡馬克所面臨的等離子體破壞的風(fēng)險(xiǎn)很小，但熱密封性相對較差。

聚變以等離子體的形式結(jié)合輕元素，釋放大量能量。托卡馬克和仿星器是科學(xué)家尋求獲得安全、清潔且?guī)缀鯚o限的核聚變能，為人類產(chǎn)生核聚變能的主要磁設(shè)計(jì)。盡管硼長期以來一直被用來調(diào)節(jié)壁和改善托卡馬克密封，但科學(xué)家們之前并沒有看到像本文報(bào)道的那樣廣泛減少湍流和溫度升高。

該論文提出，LHD 等離子體的顯著熱和約束改進(jìn)可能是由于所謂的離子溫度梯度(ITG) 不穩(wěn)定性的減少，這種不穩(wěn)定性會產(chǎn)生湍流，導(dǎo)致等離子體從約束中泄漏。湍流的減少與一種被稱為“新古典輸運(yùn)”的熱損失形成鮮明對比，后者是粒子逃離仿星器限制的另一個主要原因。研究人員目前正在進(jìn)行新一輪LHD 實(shí)驗(yàn)，以測試在質(zhì)量注入速率、等離子體密度和加熱功率的一系列增加中，熱量和限制的改善是否能夠持續(xù)。