東北大學的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新的等離子體波現(xiàn)象，導(dǎo)致聚變等離子體加熱的負離子源的發(fā)展。

在K. Takahashi副教授和A. Ando教授的帶領(lǐng)下，該團隊根據(jù)目前發(fā)現(xiàn)的等離子體波物理學展示了相鄰的高低電子溫度等離子體。

利用氫/氘(H / D)負離子源開發(fā)中性束注入(NBI)加熱系統(tǒng)對于聚變等離子體反應(yīng)器是重要的，這是未來能源資源問題的潛在解決方案之一。必須維持在1.2000億攝氏度(> 10keV)以上的非常高溫的等離子體狀態(tài)以維持聚變反應(yīng); NBI系統(tǒng)在加熱等離子體中起著重要作用。一旦在低溫等離子體源中產(chǎn)生負離子，它們就作為高能束靜電提取。然后通過氣體中和器系統(tǒng)中和負離子并注入磁約束等離子體核心。

負離子的種子是H / D正離子或原子，其可以通過與高溫電子(~10eV)和H / D分子的碰撞產(chǎn)生。另一方面，眾所周知，高能電子會破壞負離子。因此，用于種子生產(chǎn)的高電子溫度區(qū)域接近于用于維持負離子的低溫區(qū)域是有利的。通過新發(fā)現(xiàn)的波浪行為在本實驗中實現(xiàn)了這種不一致的情況。

研究人員發(fā)現(xiàn)，等離子體產(chǎn)生的射頻波，稱為螺旋波，由折射率的局部變化(圖中的等高線圖)反映出來，這是由快速彎曲的磁場結(jié)構(gòu)引入的(圖中的白色箭頭) 。盡管在源的下游沒有軸向物理邊界，但是波將彎曲的磁場結(jié)構(gòu)識別為邊界并在那里被反射(圖中的黑色箭頭)。

作為波反射的結(jié)果，在垂直磁場的上游產(chǎn)生產(chǎn)生高溫電子的駐波。由于波能不能進入垂直磁場內(nèi)，垂直磁場也起到分離高能和低能電子的作用，因此可以在垂直磁場的下游獲得低溫電子。

實驗剛剛開始，目前僅顯示低溫等離子體的產(chǎn)生; 關(guān)于負離子產(chǎn)生和光束提取的詳細研究將在下文進行。除了應(yīng)用于負離子源之外，基于波動物理學的上述等離子體源將為等離子體處理裝置提供各種應(yīng)用。