據物理學家組織網近日報道, 美國能源部普林斯頓電漿體物理實驗室的科學家利用充氣成像系統, 對托克馬克核聚變反應裝置中的電漿體湍流進行了研究, 獲得了邊緣湍流的二維結構, 並建立了一個大型資料庫. 新研究將幫助科學家們找到托克馬克裝置中熱量和粒子泄漏的主要原因, 讓核聚變早日為全世界普遍供應安全, 清潔又豐富的能源.
核聚變是一種在太空發生的天然現象, 比如在太陽中心, 天然強大的引力場將高溫電漿體約束, 使得其內的原子核發生聚變反應, 釋放出巨大能量, 其他恒星也是如此. 研究人員正在設計像托克馬克一樣的核聚變裝置, 用磁場控制高溫電漿體, 通過可控核聚變反應為人類提供源源不斷的清潔能源. 但高溫電漿體會頻繁形成湍流, 造成熱量和電漿體的流失, 使得核聚變不能持續.
而在發表於最新一期《電漿體物理學》雜誌的新研究中, PPPL物理學家斯特瓦特·茲韋本帶領團隊獲得了湍流二維空間相關性的詳細數據. 他們選擇具有代表性的電漿體樣本, 在電漿體20次流出的過程中, 利用氣體成像系統對電漿體邊緣附近的湍流進行了成像. 氣體成像系統中的噴氣是一種中性原子來源, 這些原子在湍流強度改變時會發光, 快速照相機能以高解析度排除這些湍流的二維結構細節, 讓研究人員辨認出湍流強度波動情況.
茲韋本和同事對照片數據進行計算機分析後發現, 湍流的空間結構形狀與空中漂浮的雲團非常相似, 就像有些大雲團會融合形成更大結構, 而有些雲團又會分裂成更小結構, 不同湍流之間也會發生正相關或負相關作用, 即電漿體內某部分湍流會隨著另部分湍流發生變化. 茲韋本表示, 對湍流相關性的深入研究, 能幫助科學家找到引起熱量泄漏的湍流位置, 還有助於對現有湍流計算機模型進行檢驗.
