科學家發現等離子體的10個新相:獲得聚變和等離子體科學的新見解

據媒體報導,科學家們發現了一種新的方法來對磁化等離子體進行分類,這可能會導致在地球上收集為太陽和恆星提供動力的核聚變能量方面的進展。美國能源部(DOE)普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)的理論家們發現,磁化等離子體有10個獨特的新相,它們之間的轉換可能對實際發展有重大的意義。

科學家發現等離子體的10個新相:獲得聚變和等離子體科學的新見解

研究人員發現,不同相位之間的空間界限或過渡,將支持局部波的激發。”這些發現可能會導致這些奇異的激發在空間和實驗室等離子體中的可能應用,”PPPL的研究生和《自然通訊》上一篇概述該研究的論文的主要作者傅一晨(音譯)說。「下一步是探索這些激發可以做什麼以及如何利用它們。」

可能的應用包括利用激波在磁聚變等離子體中產生電流,或在聚變實驗中促進等離子體旋轉。然而,”我們的論文沒有考慮任何實際應用,”該論文的合著者、傅一晨的顧問、物理學家秦洪(音譯)說。”這篇論文是基本理論,技術將遵循理論理解。”

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事實上,”等離子體中10個相的發現標志著等離子體物理學的一個主要發展,”秦洪說。”任何科學工作的第一步和最重要的一步是對被調查的對象進行分類。他說:「任何新的分類方案都將導致我們的理論理解的改進和隨後的技術進步。」

秦洪以發現糖尿病的主要類型為例,說明分類在科學進步中發揮的作用。”他說:「在開發糖尿病的治療方法時,科學家發現有三種主要類型。現在醫療工作者可以有效地治療糖尿病患者。」

世界各地的科學家正在尋求在地球上產生的聚變,將輕元素以等離子體的形式–由自由電子和原子核組成的熱的、帶電的物質狀態,構成可見宇宙的99%–結合起來,釋放出大量的能量。這種能量可以作為一種安全和清潔的動力源用於發電。

PPPL所發現的等離子體相在技術上被稱為 “拓撲相”,表示等離子體所支持的波的形狀。物質的這一獨特屬性在20世紀70年代期間首次在凝聚態物理學科中被發現–普林斯頓大學的物理學家鄧肯-霍爾丹因其開創性工作而分享了2016年諾貝爾獎。

科學家發現等離子體的10個新相:獲得聚變和等離子體科學的新見解

秦洪表示,由相變產生的局部等離子體波是穩健和內在的,因為它們是 “拓撲保護 “的。他說:「發現這種受拓撲保護的激發存在於磁化等離子體中是一個很大的進步,可以為實際應用進行探索。」

對於研究第一作者傅一晨來說,「論文中最重要的進展是根據等離子體的拓撲特性來觀察它,並確定其拓撲相。基於這些相位,我們確定了這些局部波的激發的必要和充分條件。至於這一進展如何應用於促進聚變能源研究,我們必須找出答案。」

來源:cnBeta