聚變等離子體中的照明磁湍流

托卡馬克使用強(qiáng)大的磁場來限制1 億度的等離子體并產(chǎn)生聚變反應(yīng)。由這些等離子體中固有的湍流引起的磁場波動被認(rèn)為通過導(dǎo)致粒子和熱量從等離子體損失到反應(yīng)堆壁來減少聚變能的產(chǎn)生。這些損失會降低反應(yīng)堆的性能，因此了解和控制磁波動對于未來的聚變反應(yīng)堆很重要。然而，在小范圍內(nèi)準(zhǔn)確測量等離子體中的磁湍流一直是一項重大挑戰(zhàn)。到目前為止，研究人員使用位于等離子體外部的磁探針測量離開等離子體區(qū)域的波。這項新研究開發(fā)了一種新型光探針，它使用通過等離子體傳輸時會發(fā)生變化的偏振特性。該探測器詳細(xì)揭示了小規(guī)模磁湍流的存在。

影響

聚變科學(xué)家需要更好地了解物理學(xué)來設(shè)計未來的聚變反應(yīng)堆。通過測量高溫等離子體內(nèi)部的磁波動，科學(xué)家可以驗證他們用來設(shè)計反應(yīng)堆并預(yù)測其性能的基于物理的模型。這項工作首次展示了光探針作為內(nèi)部檢測聚變等離子體中磁波動的一種方式。實驗觀察已確定波動源于理論上預(yù)測的微撕裂模式 (MTM) 不穩(wěn)定性，這是一種小規(guī)模的磁場擾動，可以改變等離子體中的熱量和粒子的流動，導(dǎo)致能量損失增加。

概括

幾十年來，等離子體研究人員的目標(biāo)是局部測量托科馬克內(nèi)部等離子體中的磁湍流。DIII-D國家聚變設(shè)施的科學(xué)家已經(jīng)展示了實現(xiàn)這一目標(biāo)的新技術(shù)，并首次提供了理論上預(yù)測的 MTM 不穩(wěn)定性的詳細(xì)測量值。波動或湍流的小規(guī)模磁場可以與其他波動場相互作用，例如溫度或密度。這會導(dǎo)致增強(qiáng)的顆粒和熱量損失，從而對融合性能產(chǎn)生不利影響。然而，這些相同的波動也會改變通過它們的光波的特性。這使得光波成為直接觀察和測量磁湍流而不干擾等離子體的有用工具。這種方法使科學(xué)家能夠直接探測溫度可達(dá) 1 億攝氏度的等離子體，并檢測磁場中非常小的變化?？茖W(xué)家們正在使用這些結(jié)果來驗證正在開發(fā)的基于物理的模擬，以更好地了解托卡馬克限制。這項工作還將有助于指導(dǎo)研究人員改進(jìn)支持聚變能發(fā)展的反應(yīng)堆設(shè)計。

資金

這項研究得到了能源部 (DOE) 科學(xué)辦公室、聚變能源科學(xué)辦公室的支持。它使用了 DIII-D 國家聚變設(shè)施，這是美國能源部科學(xué)辦公室的用戶設(shè)施。

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