世界首次:科學家發現高速移動的聚變等離子體湍流
為了在發電廠中實現核聚變,有必要將超過1億攝氏度的等離子體穩定地限製在一個磁場中並長期保持。由日本國立自然科學研究所(NINS)國立聚變科學研究所(NIFS)的Naoki Kenmochi副教授、Katsumi Ida教授和Tokihiko Tokuzawa副教授領導的研究小組,與美國威斯康星大學Daniel J. den Hartog教授合作,使用獨立開發的測量儀器在世界上首次發現,當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(zhe)種(zhong)湍(tuan)流(liu)的(de)一(yi)個(ge)特(te)點(dian)使(shi)得(de)預(yu)測(ce)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)溫(wen)度(du)的(de)變(bian)化(hua)成(cheng)為(wei)可(ke)能(neng),預(yu)計(ji)對(dui)湍(tuan)流(liu)的(de)觀(guan)察(cha)將(jiang)導(dao)致(zhi)在(zai)未(wei)來(lai)開(kai)發(fa)出(chu)一(yi)種(zhong)實(shi)時(shi)控(kong)製(zhi)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)溫(wen)度(du)的(de)方(fang)法(fa)。

在被磁場限製的高溫等離子體中,產生了 “湍流”,zheshiyizhongdaiyoubutongdaxiaowoxuandeliudong。zhezhongtuanliudaozhidenglizitishoudaoganrao,beixianzhidedenglizitidereliangxiangwailiudong,daozhidenglizitiwenduxiajiang。weilejiejuezhegewenti,youbiyaolejiedenglizitizhongrelianghetuanliudetedian。raner,denglizitizhongdetuanliufeichangfuza,yanjiurenyuanhaimeiyoushixianduitadequanmianlejie。tebieshi,shengchengdetuanliuruhezaidenglizitizhongyidonghaimeiyoudedaohenhaodelijie,yinweizhexuyaoyiqinenggouyigaolingminduhejigaodeshikongfenbianlvceliangweixiaotuanliudeshijianyanbian。

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大的壓力梯度並產生湍流。Kenmochi副(fu)教(jiao)授(shou)和(he)他(ta)的(de)研(yan)究(jiu)小(xiao)組(zu)已(yi)經(jing)開(kai)發(fa)出(chu)一(yi)種(zhong)方(fang)法(fa),通(tong)過(guo)設(she)計(ji)一(yi)個(ge)磁(ci)場(chang)結(jie)構(gou)來(lai)打(da)破(po)這(zhe)個(ge)障(zhang)礙(ai)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)使(shi)研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)能(neng)夠(gou)關(guan)注(zhu)屏(ping)障(zhang)打(da)破(po)時(shi)大(da)力(li)流(liu)動(dong)的(de)熱(re)量(liang)和(he)湍(tuan)流(liu),並(bing)詳(xiang)細(xi)研(yan)究(jiu)它(ta)們(men)的(de)關(guan)係(xi)。然(ran)後(hou),利(li)用(yong)各(ge)種(zhong)波(bo)長(chang)的(de)電(dian)磁(ci)波(bo),研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)以(yi)世(shi)界(jie)上(shang)最(zui)高(gao)的(de)精(jing)度(du)測(ce)量(liang)了(le)電(dian)子(zi)和(he)毫(hao)米(mi)級(ji)細(xi)小(xiao)湍(tuan)流(liu)的(de)溫(wen)度(du)和(he)熱(re)流(liu)的(de)變(bian)化(hua)。在(zai)此(ci)之(zhi)前(qian),人(ren)們(men)知(zhi)道(dao)熱(re)和(he)湍(tuan)流(liu)幾(ji)乎(hu)同(tong)時(shi)以(yi)每(mei)小(xiao)時(shi)5000公裏的速度移動,大約是飛機的速度,但是這個實驗導致世界上首次發現湍流以每小時40000公裏的速度在熱量之前移動。這種湍流的速度接近於火箭的速度。
Naoki Kenmochi說:“這(zhe)項(xiang)研(yan)究(jiu)極(ji)大(da)地(di)推(tui)進(jin)了(le)我(wo)們(men)對(dui)聚(ju)變(bian)質(zhi)體(ti)中(zhong)湍(tuan)流(liu)的(de)理(li)解(jie)。湍(tuan)流(liu)的(de)新(xin)特(te)性(xing),即(ji)它(ta)在(zai)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)中(zhong)的(de)移(yi)動(dong)速(su)度(du)比(bi)熱(re)量(liang)快(kuai)得(de)多(duo),表(biao)明(ming)我(wo)們(men)可(ke)能(neng)能(neng)夠(gou)通(tong)過(guo)觀(guan)察(cha)預(yu)測(ce)湍(tuan)流(liu)來(lai)預(yu)測(ce)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)的(de)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)。未(wei)來(lai),在(zai)此(ci)基(ji)礎(chu)上(shang),我(wo)們(men)有(you)望(wang)開(kai)發(fa)出(chu)實(shi)時(shi)控(kong)製(zhi)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)溫(wen)度(du)的(de)方(fang)法(fa)。”
該研究發表在《科學報告》雜誌上。
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