鳥類做到這一點，甜甜圈形狀的融合設施也被稱為“tokamaks”。但托卡馬克啁啾 - 一種快速變化的頻率波遠遠高于人耳可以探測到的頻率 - 對于那些尋求將太陽和恒星的能量融合到地球的研究人員來說，幾乎不受歡迎。這種啁啾表示可以減緩聚變反應的熱量損失，這種損失長期困擾著科學家們。

令人困惑的是，一些托卡馬克比其他托卡馬克更頻繁地唧唧喳喳。例如，啁啾通常發(fā)生在美國能源部(DOE)普林斯頓等離子體實驗室(PPPL)的國家球形環(huán)實驗升級(NSTX-U)中，但在DIII-D國家融合設施托卡馬克中很少見。 Atomics為圣地亞哥的DOE運營。理解為什么有些托卡馬克唧唧喳喳和有些托馬斯唧唧是不重要的，這樣研究人員就可以預測并最終學會避免在ITER托卡馬克(即位于法國南部的國際聚變反應堆，以展示聚變能的實用性)中的這種啁啾聲。

在像ITER這樣的聚變反應堆中，聚變反應產(chǎn)生“快離子” - 高能原子核，科學家們依賴它來維持保持等離子體熱的所需的高等離子體溫度。這種離子就像一陣快風，在某些條件下，可以激發(fā)熱等離子體中稱為“阿爾芬波”的波浪 - 就像吹管樂器產(chǎn)生的音符一樣。如果快速離子風足夠強，阿爾芬會開始啁啾，這將導致能量損失，降低等離子體溫度和聚變功率輸出。

導致啁啾的條件

由PPPL研究人員領導的科學家現(xiàn)在已經(jīng)模擬了產(chǎn)生啁啾的等離子體條件，并預測它何時會發(fā)生。在DIII-D托卡馬克上成功測試的計算機模型描述了湍流的影響 - 等離子體的隨機波動，可導致熱量和顆粒損失 - 對快離子的影響。該模型顯示等離子體中的湍流有助于破壞或散射快速離子風。如果散射足夠強，則快離子不再具有引起阿爾芬波啁啾的強度，并且可以減少來自等離子體的熱量損失。

直到最近，尋找湍流在影響快離子風強度中的作用的直接證據(jù)及其在啁啾中的作用一直是一個挑戰(zhàn)。最近的DIII-D實驗現(xiàn)在揭示了湍流水平與等離子體啁啾之間的密切聯(lián)系。

在這些實驗中，快速離子風在等離子體中產(chǎn)生單個Alfvén音符，非常類似于管樂器中的單個音符。然后，當?shù)入x子體自發(fā)地轉變?yōu)榫哂械屯牧魉降男碌母纳茽顟B(tài)時，Alfvén音符開始迅速啁啾。

這種啁啾的發(fā)生顯然與湍流的減少有關，因為較低的湍流不再能夠散射快速離子風，使其充分積聚以更加強烈地驅動阿爾芬海浪并使它們開始啁啾。“當湍流減少時，快速離子束的連貫運動會引起啁啾，以及與啁啾相關的泄漏和熱量，”PPPL副研究物理學家，來自巴西圣保羅大學的前訪問科學家ViníciusDuarte說。一篇論文的主要作者，描述了等離子體物理學的發(fā)現(xiàn)，并被美國物理學會評為“科學亮點”。

為什么有些等離子啁啾

Duarte開發(fā)的理論也說明了為什么有些等離子體啁啾，有些卻沒有。解釋是，與其他裝置相比，湍流在某些裝置中散射快離子風的效果要差得多。下一步將利用這些知識設計防止當前實驗中啁啾的方法，并將這些方法用于未來聚變反應堆(如ITER)的設計。