圖中彩色陰影區域顯示了在KSTAR等離子體光滑的環形表面的有利磁畸變，藍色代表外部3D場線圈，紅色代表磁擾動。
核聚變是太陽和恆星的驅動力，可產生大量的能量。如今，地球上的科學家們正試圖複製這一過程，將光元素融入到由自由電子和原子核組成的帶電熱等離子體中，以創造出幾乎取之不盡、用之不竭的電能，並將其稱之為“罐子裡的恆星”。而在捕捉核聚變力量的過程中，一直存在一個難題，就是如何減少或消除等離子體中常見的不穩定性——邊界局域模(ELMs)。就像太陽以太陽耀斑的形式釋放出巨大的能量一樣，ELMs的耀斑也能猛烈撞擊容納聚變反應的環形託卡馬克容器壁，並有可能破壞反應堆壁。
為了控制這些不穩定性，科學家們使用被稱作共振磁擾(RMPs)的微小磁波來干擾等離子體，這種磁擾動扭曲了等離子體光滑的環狀結構——釋放了多餘的壓力，從而減少或防止ELMs的發生。其中最困難的部分在於，如何產生恰到好處的3D扭曲，既能消除ELMs又不觸發其他的不穩定以及釋放太多的能量，而且即使在最壞的情況下，也只是消除等離子體。
但實際上有無數的磁畸變能夠干擾等離子體，如何找到正確的那一個是十分困難的。不過，9月10日，美國能源部普林斯頓等離子體物理實驗室（PPPL）的物理學家Jong-Kyu Park與美國和韓國國家核聚變研究所(NFRI)的研究人員合作在《自然·物理》雜誌發表論文稱，他們成功地預測出了一整套有利於控制ELMs的3D扭曲，同時又不會產生其他新問題。研究人員在位於韓國大田的韓國超導託卡馬克先進研究中心(KSTAR)證實了這些預測。
如果沒有研究小組開發的預測模型，幾乎是不可能識別出最有利的扭曲的，這是一項史無前例的成就。“長期以來，我們認為在計算上很難識別出所有有益的對稱破缺場，但現在我們的研究發現了一個簡單的程序來識別所有這些構型的集合。”文章第一作者Park說道。
當研究人員意識到等離子體扭曲的方式遠少於可應用於等離子體的3D場範圍時，他們降低了計算的複雜性。通過逆向工作，從扭曲到3D場，作者計算了消除ELMs最有效的範圍。然後KSTAR實驗以驚人的準確性證實了這些預測。
KSTAR的發現為歐洲核子中心（ITER）預測最佳3D場的能力帶來了信心，ITER是法國正在建設的國際託卡馬克研究中心，它計劃使用特殊磁體產生3D畸變來控制ELMs。這種控制對ITER來說至關重要，其目標是產生比加熱等離子體所需能量高出10倍的能量。
編譯：Coke 審稿：alone 責編：張夢
原文鏈接：https://www.sciencedaily.com/releases/2018/09/180910111302.htm
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