研究人员已经找到了一种方法，可以保持核聚变反应堆中的等离子体稳定，并防止温度和密度水平上下波动。

这些新发现在探索核聚变能源方面取得了重大进展，许多人相信核聚变能将提供能源无限的绿色能源一旦工程师学会如何利用这种能源。

稳定聚变等离子体

位于新泽西州普林斯顿大学福雷斯特尔校区的美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室的一组物理学家已经对保持聚变等离子体稳定的机制进行了模拟。

等离子体是物质的四种状态之一。然而，在地球上的正常条件下，它不能像固体、液体或气体那样自由存在。在恒星中，等离子体自然丰富，但在地球上，这种高温的高带电粒子果冻是在聚变反应堆中产生的，比如仿星器和甜甜圈形状的托卡马克装置。

有时，在聚变反应堆中发现的等离子体在温度和密度方面来回摇摆。不稳定的之字形，加上反应堆内部的其他事件，导致反应停止，并停止整个操作。

然而，一些等离子体被发现是非常稳定的。它们没有在其他等离子体中产生湍流的锯齿状摆动。物理学家长期以来一直在寻找这种令人困惑的机制，使一些等离子体保持稳定。

聚变能

在核聚变反应堆的核心，科学家们试图复制为恒星和氢弹提供动力的相同过程。

这个过程在以下情况下有效过热的氢原子悬浮在等离子体中的离子相互碰撞，分裂成高电荷的离子和电子，然后聚变形成氦。当核聚变发生时，原子会产生大量的热量和能量，这些热量和能量有可能被用来发电。

少量液态氢可以产生相当于28吨煤的电力，但不会产生切尔诺贝利和福岛等核裂变反应堆产生的放射性废物。

核聚变反应堆包括一个磁场，该磁场限制了聚变反应发生的等离子体。一种叫做磁通泵的机制使电流保持在等离子体的中心。这就是保持等离子体足够稳定以保持反应进行的原因。

由博士后研究员Isabel Krebs领导的PPPL的研究人员已经成功地在PPPL的计算机上使用M3D-C1代码创建了这种机制的模拟。这项新研究的细节如下发表在杂志上等离子体物理学。

磁通泵送

仿真结果表明，在标准体系的混合情况下，磁通泵送是可以发生的。这两种模式分别是高约束模式(h模式)和低约束模式(l模式)，前者等离子体稳定且受到更好的约束，后者湍流会导致等离子体泄漏一些能量。这种机制也可能发生在更高级的情况下，即等离子体在稳定状态下运行。

在混合的情况下，等离子体的电流在高电荷气体汤的中心保持平坦，而压力仍然很高。这种组合创造了所谓的准交换模式。

此模式用作混合器。它摇动等离子体并扭曲磁场，然后产生强大的效应，使等离子体的电流在其核心保持平坦。这与保持等离子体温度和密度不来回拉锯的效果是一样的。

这也是地球产生磁场的相同机制，磁场可以保护地球免受来自太阳的高电荷粒子流的影响。行星中心的液态金属是混合器。

仿真结果表明，磁通泵送是一种自调节机制。如果混合器变得太强，等离子体的电流就会保持在一个临界值以下，使其不至于失控。

未来的应用

“这种机制可能会对未来的大规模聚变实验(如ITER)产生相当大的兴趣，”说克雷布斯。

研究人员建议，在法国普罗旺斯建造的最雄心勃勃的核聚变项目ITER的操作者，可以通过实验加热等离子体的中性束功率的时间来开发磁通量泵浦。