科学家揭秘：稳定核聚变的等离子体磁性奥秘

来自韩国的研究人员提供了“多尺度耦合”在等离子体中的实验证明。该研究展示了微观事件如何导致这种物质状态的巨大变化。

等离子体物理学中的一个挑战是理解多尺度耦合，这个过程使得粒子级别的湍流扩展到影响整个等离子体系统。

研究人员在新研究中表示：“从磁流体动力学（MHD）到非MHD尺度的跨尺度耦合在解释自然界中爆炸事件的观察时非常重要。”

“然而，这种多尺度物理如何影响重联的突然发生机制仍然不清楚。”

这些发现对核聚变技术的开发和天体物理研究有重要影响。

使用 VEST 的实验

这项研究主要集中在等离子体上，等离子体是一种物质状态，在高温下，电子会与原子核分离，形成带电粒子的环境。

本研究的目的是展示微观活动和宏观结构变化之间的直接因果关系，而这一现象在现有的磁流体动力学（MHD）理论中尚未得到完全解释，因为这些理论将等离子体视为一种单一的导电流体。

该团队在首尔国立大学使用球形托卡马克核聚变实验装置（VEST）进行了实验。

研究人员解释道：“实验使用了两个磁流绳，在多功能实验球形托卡马克（VEST）中采用三维（3D）螺旋磁场配置。”

“两个独立的电子束沿着磁场线发射，并形成漂移速度超过环境阿尔芬速度的独立磁流绳，有效地通过束驱动的不稳定性来引发磁场湍流。”

令人惊讶且充满希望的结果

实验结果是通过在KFE超级计算机上进行的粒子模拟分析和验证的。

实验显示出了一系列明显的事件。诱导的微观湍流引发了一种叫做磁重联的过程，在这个过程中，磁场线重新配置，将磁能转化为热能。这个重联事件又导致两个独立的通量绳合并成一个更大的结构。

研究人员指出：“实验观察到的现象，包括高能粒子的出现、离子温度的升高以及通量绳特征的变化，表明束驱动的湍流推动了三维（3D）重联。”

“我们首次观察到在非磁流体动力学（non-MHD）状态下，通过增加湍流能量引发的三维重联现象。”

这个结果表明，粒子层面的湍流可以直接影响等离子体系统的大规模平衡。观察到的过程包括湍流生成、绳索合并、平衡崩溃和重新形成几个阶段。

这一发现为核聚变和天体物理的影响

这一发现为核聚变的发展提供了更详细的等离子体稳定性理解。控制等离子体是维持聚变反应的必要条件，而了解湍流如何引起大规模变化，可能会为维持稳定状态的策略提供帮助。

在天体物理学中，这些结果可能有助于解释观测数据。在实验的磁重联过程中测量的能量谱与在宇宙等离子体环境中观察到的能量谱相似，例如在太阳耀斑发生时。因此，实验室的发现因此可以作为研究这些天文事件的一个参考模型。