人造“太阳”有望了？人类离控制核聚变能量又进一步学术资讯

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▲图中彩色阴影区域显示了在KSTAR等离子体光滑的环形表面的有利磁畸变，蓝色代表外部3D场线圈，红色代表磁扰动。

核聚变是太阳和恒星的驱动力，可产生大量的能量。如今，地球上的科学家们正试图复制这一过程，将光元素融入到由自由电子和原子核组成的带电热等离子体中，以创造出几乎取之不尽、用之不竭的电能，并将其称之为“罐子里的恒星”。而在捕捉核聚变力量的过程中，一直存在一个难题，就是如何减少或消除等离子体中常见的不稳定性——边界局域模(ELMs)。就像太阳以太阳耀斑的形式释放出巨大的能量一样，ELMs的耀斑也能猛烈撞击容纳聚变反应的环形托卡马克容器壁，并有可能破坏反应堆壁。

为了控制这些不稳定性，科学家们使用被称作共振磁扰(RMPs)的微小磁波来干扰等离子体，这种磁扰动扭曲了等离子体光滑的环状结构——释放了多余的压力，从而减少或防止ELMs的发生。其中最困难的部分在于，如何产生恰到好处的3D扭曲，既能消除ELMs又不触发其他的不稳定以及释放太多的能量，而且即使在最坏的情况下，也只是消除等离子体。

但实际上有无数的磁畸变能够干扰等离子体，如何找到正确的那一个是十分困难的。不过，9月10日，美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的物理学家Jong-Kyu Park与美国和韩国国家核聚变研究所(NFRI)的研究人员合作在《自然·物理》杂志发表论文称，他们成功地预测出了一整套有利于控制ELMs的3D扭曲，同时又不会产生其他新问题。研究人员在位于韩国大田的韩国超导托卡马克先进研究中心(KSTAR)证实了这些预测。

如果没有研究小组开发的预测模型，几乎是不可能识别出最有利的扭曲的，这是一项史无前例的成就。“长期以来，我们认为在计算上很难识别出所有有益的对称破缺场，但现在我们的研究发现了一个简单的程序来识别所有这些构型的集合。”文章第一作者Park说道。

当研究人员意识到等离子体扭曲的方式远少于可应用于等离子体的3D场范围时，他们降低了计算的复杂性。通过逆向工作，从扭曲到3D场，作者计算了消除ELMs最有效的范围。然后KSTAR实验以惊人的准确性证实了这些预测。

KSTAR的发现为欧洲核子中心（ITER）预测最佳3D场的能力带来了信心，ITER是法国正在建设的国际托卡马克研究中心，它计划使用特殊磁体产生3D畸变来控制ELMs。这种控制对ITER来说至关重要，其目标是产生比加热等离子体所需能量高出10倍的能量。

科界原创

编译：Coke

审稿：alone

责编：张梦

期刊来源：《自然·物理》

期刊编号：1745-2473

原文链接：

https://www.sciencedaily.com/releases/2018/09/180910111302.htm