科学家对热量途径的新见解促进了对聚变等离子体的理解

导读：高科技的聚变设施就像一个保温瓶--两者都尽可能地保持其内容物的温度。

高科技的聚变设施就像一个保温瓶--两者都尽可能地保持其内容物的温度。核聚变设施将被称为等离子体的带电气体限制在比太阳热10倍的温度下，保持高温对激发核聚变反应至关重要，科学家们试图利用核聚变反应来创造一种清洁、丰富的能源来发电。现在，美国能源部（DOE）普林斯顿等离子体物理国家实验室（PPPL）的研究人员已经对模拟等离子体中热量运动的方程式进行了简单的修改。这些变化提高了洞察力，可以帮助工程师避免在未来的核聚变设施中可能导致热损失的条件。

聚变是驱动太阳和恒星的动力，它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热的、带电的物质状态--产生大量的能量。科学家们正在寻求在地球上复制核聚变，以获得几乎取之不尽的电力供应。

“整个磁约束核聚变方法基本上可以归结为用磁场将等离子体固定在一起，然后通过保持热量的限制使其尽可能热，”普林斯顿等离子体物理项目的研究生、《物理评论E》上一篇报告结果的论文的主要作者Suying Jin说，“为了实现这一目标，我们必须从根本上了解热量如何在系统中移动。”

研究人员表示，科学家们一直在使用一种分析技术，假设电子之间的热量流动基本上不受较大的离子之间的热量影响。但是他们发现，这两种热的途径实际上是相互作用的，可以深刻地影响测量结果的解释方式。通过允许这种互动，科学家可以更准确地测量电子和离子的温度。他们还可以从另一个途径的信息中推断出关于一个途径的信息。

研究人员说：“这一点令人激动的是，它不需要不同的设备。你可以做同样的实验，然后用这个新模型从同样的数据中提取更多的信息。”

研究人员在早期对磁岛的研究中对热流产生了兴趣，磁岛是由旋转的磁场形成的等离子体泡状结构。对这些花束的建模取决于对热流的准确测量。“然后我们注意到其他人在过去如何测量热流方面的差距，” Jin说。“他们计算了热的运动，假设它只通过一个通道移动。他们没有考虑到这两个通道之间的相互作用，而这两个通道影响了热量如何在等离子体系统中移动。这一遗漏既导致了对一个物种数据的错误解释，也错过了进一步了解通过两个物种的热流的机会。”

Jin的新模型提供了以前没有的全新见解。“测量电子热传输通常比测量离子热传输更容易，”PPPL物理学家Allan Reiman说，他是论文的共同作者。“这些发现可以以比预期更容易的方式给我们提供一个重要的拼图。”

普林斯顿大学天体物理学教授、论文共同作者Nat Fisch说：“即使是电子和离子之间的最小耦合也能深刻地改变热量在等离子体中的传播方式，这一点非常了不起。这种敏感性现在可以被利用来为我们的测量提供信息。”

新的模型将被用于未来的研究中。“我们正在考虑在不久的将来提出另一个实验，这个模型将给我们一些额外的旋钮来理解结果，”Reiman说。“有了Jin的模型，我们的推断将更加准确。我们现在知道如何提取我们需要的额外信息。”