科学家发现了有助于早日实现核聚变的一个重要参数

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　　研究生亚历山德拉·列维内斯（Alexandra LeViness）站在仿星器的一部分旁边，仿星器是一种扭曲的聚变装置，旨在限制超热等离子体以促进聚变反应。资料来源：Elle Starkman，普林斯顿大学

　　科学家们发现了一种数学捷径，可以帮助利用聚变能，聚变能是一种潜在的清洁电力来源，可以减轻洪水、热浪和其他气候变化的影响。该方法使研究人员能够更容易地预测仿星器 - 一种旨在再现为太阳和恒星提供动力的聚变能的扭曲装置 - 可以保留对聚变反应至关重要的热量。

　　该技术测量了仿星器的磁场在多大程度上能够保持等离子体中移动最快的原子核，从而增加整体热量并有助于聚变反应。但是，科学家如何才能找到一种能够容纳尽可能多的热量的形状呢？

　　寻找能保持热量的磁性笼子

　　“我们无法模拟所有可能的磁场中所有单个粒子的运动 - 这需要几乎无限的计算能力，”美国能源部（DOE）普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）等离子体物理学研究生Alexandra LeViness说。“相反，我们必须使用捷径，”该论文的主要作者LeViness在《核聚变》杂志上报告了结果。

　　“这项研究表明，我们可以通过计算更简单的东西来找到限制热量的最佳磁场形状 - 快速粒子远离等离子体中心的弯曲磁场表面的距离，”LeViness说。“这种行为由一个称为γC的数字描述，我们发现它始终与等离子体限制相对应。

　　LeViness说，实际上，这条捷径推动了未来的仿星器研究，“因为停留在等离子体中心的快速移动的粒子越多，燃料就越热，仿星器的效率就越高。

　　通过SFINCS代码与径向坐标计算的电流密度曲线，与原始值相比，三个放大平衡。资料来源：核聚变（2022 年）。DOI： 10.1088/1741-4326/aca4e3

　　聚变的历史和未来

　　聚变通过以等离子体的形式结合轻元素来释放大量能量 - 等离子体是由自由电子和原子核组成的热带电态物质，占可见宇宙的99%。世界各地的科学家正在寻求利用聚变反应来创造几乎取之不尽用之不竭的安全清洁能源来发电。

　　PPPL在开发理论科学知识和先进工程方面拥有超过半个世纪的经验，使核聚变能够为美国和世界提供动力。同时，实验室长期以来一直将等离子体宇宙的基本科学认识从实验室推进到天体物理尺度。

　　由PPPL创始人莱曼·斯皮策（Lyman Spitzer）在1950年代开发的仿星器在运行时没有被称为托卡马克的甜甜圈形聚变装置所面临的破坏性破坏的风险。但仿星器长期以来一直无法像托卡马克那样保持热量，托卡马克具有相似的磁场。

　　“但是使用像LeViness研究的技术，我们已经能够找到含有热量的仿星器的磁性配置以及托卡马克罐，”哥伦比亚大学应用物理学助理教授伊丽莎白保罗说。“这对仿星器来说更具挑战性，但LeViness帮助表明这是可能的，”普林斯顿大学前总统研究员保罗说。

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　　原标题：《科学家发现了有助于早日实现核聚变的一个重要参数》

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