美国能源部 (DOE) 普林斯顿等离子体物理实验室 (PPPL) 的研究人员展示了如何将两种旧方法结合起来，为管理聚变等离子体提供更大的灵活性。

这项研究是开发一系列管理聚变等离子体方法以使其可用于发电的持续探索的一部分。

虽然电子回旋电流驱动 (ECCD) 和应用共振磁扰动 (RMP) 这两种方法已经被研究了很长时间，但这是研究人员首次模拟如何将它们一起使用来增强等离子体控制。

“这是一个新想法，”PPPL 的研究物理学家、该研究的主要作者 Qiming Hu 说。

“全部功能仍在研究中，但我们的论文在加深我们对潜在好处的理解方面做得很好。”

该研究发表在《核聚变》杂志上。

利用聚变等离子体发电

最终，科学家希望利用聚变等离子体来发电。

首先，他们需要克服几个障碍，包括完善最小化等离子体粒子爆发的方法，即所谓的边缘局域模式(ELM)。

“这些爆发会定期释放一点压力，因为压力太大了。但这些爆发可能是危险的，”胡说。

ELM 可以终止聚变等离子体反应，甚至损坏托卡马克，因此研究人员开发了许多方法来尝试避免它们。

PPPL 首席研究物理学家 Alessandro Bortolon 解释道：“我们发现避免这些问题的最佳方法是应用共振磁扰动 (RMP)，从而产生额外的磁场。”

磁场产生岛屿

托卡马克最初施加的磁场围绕环形等离子体缠绕，包括长距离(围绕外边缘)和短距离(从外边缘穿过中心孔)。

RMP 产生的附加磁场穿过等离子体，像下水道的缝线一样穿进穿出。这些场在聚变等离子体中产生椭圆形或圆形磁场，称为磁岛。

通常，等离子体中的岛屿是不好的。如果岛屿太大，那么等离子体本身就会被破坏。

然而，研究人员通过实验已经知道，在某些条件下，这些岛屿可能是有益的。

困难的部分是生成足够大的 RMP 来生成岛屿。这就是 ECCD 的用武之地，它基本上是微波束注入。研究人员发现，在聚变等离子体边缘添加 ECCD 可以降低生成制造岛屿所需的 RMP 所需的电流量。

“我们的模拟加深了我们对游戏中互动的理解，”胡说。

“当 ECCD 以与等离子体中电流相同的方向添加时，岛的宽度减小，基座压力增加。

“在相反方向应用 ECCD 会产生相反的结果，岛宽度增加，基座压力下降或促进岛打开。”

在边缘而不是核心应用 ECCD

这项研究还值得注意，因为 ECCD 被添加到等离子体的边缘，而不是通常使用的核心。

胡解释说：“通常，人们认为在聚变等离子体边缘应用局部 ECCD 是有风险的，因为微波可能会损坏容器内的组件。

“我们已经证明这是可行的，并且我们已经证明了该方法的灵活性。这可能为设计未来设备开辟新途径。”

这项模拟工作最终可以通过降低生成 RMP 所需的电流量来降低未来商业规模聚变装置中聚变能生产的成本。