科學家們已經開發出一種新的方法，降低聚變等離子體中的不穩定性

科學家們已經開發出一種新的方法，降低聚變等離子體中的不穩定性

核聚變是驅動太陽和恆星的能量，產生大量的能量。地球上的科學家們試圖複製這一過程，將光元素以由自由電子和原子核組成的熱帶電等離子體的形式融合在一起，創造出幾乎取之不盡、用之不竭的電力供應，在所謂的「瓶中之星」中發電。

在努力捕捉地球上核聚變的力量的過程中，一個長期的難題是如何減少或消除等離子體中常見的不穩定性，這種不穩定性被稱為邊緣局域模(ELMs)。就像太陽以太陽耀斑的形式釋放出巨大的能量一樣，像榆樹一樣的耀斑也能猛烈撞擊容納聚變反應的環形托卡馬克容器壁，有可能破壞反應堆壁。

波紋控制新爆發

為了控制這些爆發，科學家們用被稱為共振磁擾(RMPs)的微小磁波紋來干擾等離子體，這種磁擾動扭曲了等離子體光滑的環狀結構——釋放多餘的壓力，從而減少或防止榆樹的發生。最困難的部分是產生適當數量的3D扭曲，以消除榆樹，而不觸發其他不穩定和釋放太多的能量，在最壞的情況下，可能導致一個主要的破壞，終止等離子體。

使這項任務異常困難的是，實際上無限數量的磁畸變可以應用於等離子體，導致精確地找到正確的畸變是一項非凡的挑戰。但不再。

物理學家Jong-Kyu公園美國能源部(DOE)的普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL),使用一組來自美國的合作者和國家聚變研究所(NFRI)在韓國,已經成功地預測整個一系列有益的3 d控制扭曲榆樹沒有創造更多的問題。研究人員在位於韓國大田的韓國超導托卡馬克先進研究中心(KSTAR)證實了這些預測。

KSTAR非常適合測試

KSTAR是測試這些預測的理想設備，因為它的先進磁體控制系統可以精確地扭曲等離子體近乎完美的環狀對稱結構。如果沒有研究小組開發的預測模型，識別出最有利的扭曲(不到KSTAR中可能產生的所有扭曲的1%)幾乎是不可能的。

這是一個史無前例的成就。「我們首次在托卡馬克(tokamak)上展示了完整的3D野外作業窗口，以抑制榆樹的生長，同時又不會引發核心不穩定性或過分降低限制，」朴教授說。他的論文與來自美國和韓國的14名合作者共同撰寫，發表在《自然物理》(Nature Physics)雜誌上。「在很長一段時間裡，我們認為要識別所有有益的破壞對稱的領域在計算上太過困難，但我們的工作現在展示了一個簡單的過程來識別所有這些配置的集合。」

當研究人員意識到等離子體扭曲的方式遠少於可應用於等離子體的3D場範圍時，他們降低了計算的複雜性。通過逆向工作，從扭曲到3D領域，作者計算了消除榆樹最有效的領域。KSTAR實驗以驚人的準確性證實了這些預測。

研究結果提供了新的信心

KSTAR的研究結果為國際托卡馬克公司(international tokamak)預測最優3D油田的能力提供了新的信心。該公司計劃使用特殊的磁鐵產生3D變形，以控制榆樹。這種控制對ITER來說至關重要，其目標是產生比加熱等離子體所需能量高出10倍的能量。論文的作者說:「本研究採用的方法和原理可以大大提高托卡馬克複雜三維優化過程的效率和逼真度。」

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