為了在發(fā)電廠中實現(xiàn)核聚變，有必要將超過1億攝氏度的等離子體穩(wěn)定地限制在一個磁場中并長期保持。由日本國立自然科學(xué)研究所(NINS)國立聚變科學(xué)研究所(NIFS)的Naoki Kenmochi副教授、Katsumi Ida教授和Tokihiko Tokuzawa副教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，與美國威斯康星大學(xué)Daniel J. den Hartog教授合作，使用獨(dú)立開發(fā)的測量儀器在世界上首次發(fā)現(xiàn)，當(dāng)熱量在大型螺旋裝置(LHD)的等離子體中逸出時，湍流的移動速度比熱量更快。

這種湍流的一個特點使得預(yù)測等離子體溫度的變化成為可能，預(yù)計對湍流的觀察將導(dǎo)致在未來開發(fā)出一種實時控制等離子體溫度的方法。

在被磁場限制的高溫等離子體中，產(chǎn)生了 “湍流”，這是一種帶有不同大小渦旋的流動。這種湍流導(dǎo)致等離子體受到干擾，被限制的等離子體的熱量向外流動，導(dǎo)致等離子體溫度下降。為了解決這個問題，有必要了解等離子體中熱量和湍流的特點。然而，等離子體中的湍流非常復(fù)雜，研究人員還沒有實現(xiàn)對它的全面了解。特別是，生成的湍流如何在等離子體中移動還沒有得到很好的理解，因為這需要儀器能夠以高靈敏度和極高的時空分辨率測量微小湍流的時間演變。

在等離子體中可以形成一個“屏障”，它的作用是阻止熱量從中心向外傳輸。“屏障”在等離子體中形成強(qiáng)大的壓力梯度并產(chǎn)生湍流。Kenmochi副教授和他的研究小組已經(jīng)開發(fā)出一種方法，通過設(shè)計一個磁場結(jié)構(gòu)來打破這個障礙。這種方法使研究人員能夠關(guān)注屏障打破時大力流動的熱量和湍流，并詳細(xì)研究它們的關(guān)系。然后，利用各種波長的電磁波，研究人員以世界上最高的精度測量了電子和毫米級細(xì)小湍流的溫度和熱流的變化。在此之前，人們知道熱和湍流幾乎同時以每小時5000公里的速度移動，大約是飛機(jī)的速度，但是這個實驗導(dǎo)致世界上首次發(fā)現(xiàn)湍流以每小時40000公里的速度在熱量之前移動。這種湍流的速度接近于火箭的速度。

Naoki Kenmochi說：“這項研究極大地推進(jìn)了我們對聚變質(zhì)體中湍流的理解。湍流的新特性，即它在等離子體中的移動速度比熱量快得多，表明我們可能能夠通過觀察預(yù)測湍流來預(yù)測等離子體的溫度變化。未來，在此基礎(chǔ)上，我們有望開發(fā)出實時控制等離子體溫度的方法。”

該研究發(fā)表在《科學(xué)報告》雜志上。

標(biāo)簽： 科學(xué)家發(fā)現(xiàn) 高速移動 聚變等離子體湍流 研究發(fā)表