科学家们已经开发出一种新的方法，降低聚变等离子体中的不稳定性

科学家们已经开发出一种新的方法，降低聚变等离子体中的不稳定性

核聚变是驱动太阳和恒星的能量，产生大量的能量。地球上的科学家们试图复制这一过程，将光元素以由自由电子和原子核组成的热带电等离子体的形式融合在一起，创造出几乎取之不尽、用之不竭的电力供应，在所谓的“瓶中之星”中发电。

在努力捕捉地球上核聚变的力量的过程中，一个长期的难题是如何减少或消除等离子体中常见的不稳定性，这种不稳定性被称为边缘局域模(ELMs)。就像太阳以太阳耀斑的形式释放出巨大的能量一样，像榆树一样的耀斑也能猛烈撞击容纳聚变反应的环形托卡马克容器壁，有可能破坏反应堆壁。

波纹控制新爆发

为了控制这些爆发，科学家们用被称为共振磁扰(RMPs)的微小磁波纹来干扰等离子体，这种磁扰动扭曲了等离子体光滑的环状结构——释放多余的压力，从而减少或防止榆树的发生。最困难的部分是产生适当数量的3D扭曲，以消除榆树，而不触发其他不稳定和释放太多的能量，在最坏的情况下，可能导致一个主要的破坏，终止等离子体。

使这项任务异常困难的是，实际上无限数量的磁畸变可以应用于等离子体，导致精确地找到正确的畸变是一项非凡的挑战。但不再。

物理学家Jong-Kyu公园美国能源部(DOE)的普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL),使用一组来自美国的合作者和国家聚变研究所(NFRI)在韩国,已经成功地预测整个一系列有益的3 d控制扭曲榆树没有创造更多的问题。研究人员在位于韩国大田的韩国超导托卡马克先进研究中心(KSTAR)证实了这些预测。

KSTAR非常适合测试

KSTAR是测试这些预测的理想设备，因为它的先进磁体控制系统可以精确地扭曲等离子体近乎完美的环状对称结构。如果没有研究小组开发的预测模型，识别出最有利的扭曲(不到KSTAR中可能产生的所有扭曲的1%)几乎是不可能的。

这是一个史无前例的成就。“我们首次在托卡马克(tokamak)上展示了完整的3D野外作业窗口，以抑制榆树的生长，同时又不会引发核心不稳定性或过分降低限制，”朴教授说。他的论文与来自美国和韩国的14名合作者共同撰写，发表在《自然物理》(Nature Physics)杂志上。“在很长一段时间里，我们认为要识别所有有益的破坏对称的领域在计算上太过困难，但我们的工作现在展示了一个简单的过程来识别所有这些配置的集合。”

当研究人员意识到等离子体扭曲的方式远少于可应用于等离子体的3D场范围时，他们降低了计算的复杂性。通过逆向工作，从扭曲到3D领域，作者计算了消除榆树最有效的领域。KSTAR实验以惊人的准确性证实了这些预测。

研究结果提供了新的信心

KSTAR的研究结果为国际托卡马克公司(international tokamak)预测最优3D油田的能力提供了新的信心。该公司计划使用特殊的磁铁产生3D变形，以控制榆树。这种控制对ITER来说至关重要，其目标是产生比加热等离子体所需能量高出10倍的能量。论文的作者说:“本研究采用的方法和原理可以大大提高托卡马克复杂三维优化过程的效率和逼真度。”