走向聚变能：用于抑制托卡马克不稳定性的最佳磁场

聚变，驱动太阳和恒星的能量，产生大量的能量。地球上的科学家试图复制这个过程，这个过程融合了由自由电子和原子核组成的热的带电等离子体形式的轻元素，创造了一种几乎取之不尽的电力供应，可以在所谓的“星际”中发电。一个罐子。“

在地球上捕获聚变能力的长期难题是如何减少或消除等离子体中发生的称为边缘局部模式(ELM)的常见不稳定性。就像太阳以太阳耀斑的形式释放出巨大的能量爆发一样，ELM爆炸般的爆发也会撞到环形的托卡马克的墙壁上，这些托卡马克会产生聚变反应，可能会损坏反应堆的墙壁。

涟漪控制着新的爆发

为了控制这些爆发，科学家们用称为共振磁扰动(RMPs)的小磁波来扰乱等离子体，这种波动扭曲了等离子体的平滑，圆环形状 - 释放了减少或阻止ELM发生的超压。困难的部分是产生恰当数量的3D失真，以消除ELM而不会触发其他不稳定性并释放过多的能量，在最坏的情况下，可能会导致终止等离子体的严重破坏。

使任务异常困难的事实是，可以对等离子体施加几乎无限数量的磁性失真，从而导致精确地找到正确类型的失真是非常大的挑战。但不再。

美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的物理学家Jong-Kyu Park与来自美国和韩国国家聚变研究所(NFRI)的合作者团队合作，成功预测了整套有益的3D失真控制ELM而不会产生更多问题。研究人员对位于韩国大田的世界上最先进的超导托卡马克之一韩国超导托卡马克先进研究(KSTAR)设施进行了这些预测验证。

KSTAR是测试的理想选择

KSTAR是测试预测的理想选择，因为它具有先进的磁铁控制功能，可以在等离子体的近乎完美的圆环形对称性中产生精确的扭曲。如果没有研究团队开发的预测模型，识别最有利的扭曲(其数量不到KSTAR内可能产生的所有扭曲的百分之一)几乎是不可能的。

结果是先例设定的成就。“我们首次展示托卡马克中完整的3D现场操作窗口，以抑制ELM而不会引起核心不稳定或过度降低限制，”帕克说，他的论文 - 来自美国和韩国的14位共同作者 - 发表在自然物理学。“很长一段时间以来，我们认为识别所有有利的对称破坏字段在计算上太难了，但我们的工作现在展示了一个简单的过程来识别所有这些配置的集合。”

当研究人员意识到等离子体可以扭曲的方式实际上远远少于可以应用于等离子体的可能3D场的范围时，他们降低了计算的复杂性。通过向后工作，从扭曲到3D场，作者计算了消除ELM的最有效领域。KSTAR实验以非常准确的方式证实了这些预测。

调查结果提供了新的信心

KSTAR的研究结果为ITER(法国正在建设的国际托卡马克)预测最佳三维场的能力提供了新的信心，ITER计划采用特殊磁铁来产生3D失真以控制ELM。这种控制对ITER至关重要，ITER的目标是产生比加热等离子体所需能量多10倍的能量。该论文的作者说，“本研究采用的方法和原理可以显着提高托卡马克复杂3D优化过程的效率和保真度。”