為了在發(fā)電廠中實(shí)現(xiàn)核聚變，有必要將超過(guò)1億攝氏度的等離子體穩(wěn)定地限制在一個(gè)磁場(chǎng)中并長(zhǎng)期保持。由日本國(guó)立自然科學(xué)研究所(NINS)國(guó)立聚變科學(xué)研究所(NIFS)的Naoki Kenmochi副教授、Katsumi Ida教授和Tokihiko Tokuzawa副教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，與美國(guó)威斯康星大學(xué)Daniel J. den Hartog教授合作，使用獨(dú)立開(kāi)發(fā)的測(cè)量?jī)x器在世界上首次發(fā)現(xiàn)，當(dāng)熱量在大型螺旋裝置(LHD)的等離子體中逸出時(shí)，湍流的移動(dòng)速度比熱量更快。

這種湍流的一個(gè)特點(diǎn)使得預(yù)測(cè)等離子體溫度的變化成為可能，預(yù)計(jì)對(duì)湍流的觀察將導(dǎo)致在未來(lái)開(kāi)發(fā)出一種實(shí)時(shí)控制等離子體溫度的方法。

在被磁場(chǎng)限制的高溫等離子體中，產(chǎn)生了 “湍流”，這是一種帶有不同大小渦旋的流動(dòng)。這種湍流導(dǎo)致等離子體受到干擾，被限制的等離子體的熱量向外流動(dòng)，導(dǎo)致等離子體溫度下降。為了解決這個(gè)問(wèn)題，有必要了解等離子體中熱量和湍流的特點(diǎn)。然而，等離子體中的湍流非常復(fù)雜，研究人員還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)對(duì)它的全面了解。特別是，生成的湍流如何在等離子體中移動(dòng)還沒(méi)有得到很好的理解，因?yàn)檫@需要儀器能夠以高靈敏度和極高的時(shí)空分辨率測(cè)量微小湍流的時(shí)間演變。

在等離子體中可以形成一個(gè)“屏障”，它的作用是阻止熱量從中心向外傳輸。“屏障”在等離子體中形成強(qiáng)大的壓力梯度并產(chǎn)生湍流。Kenmochi副教授和他的研究小組已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種方法，通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)來(lái)打破這個(gè)障礙。這種方法使研究人員能夠關(guān)注屏障打破時(shí)大力流動(dòng)的熱量和湍流，并詳細(xì)研究它們的關(guān)系。然后，利用各種波長(zhǎng)的電磁波，研究人員以世界上最高的精度測(cè)量了電子和毫米級(jí)細(xì)小湍流的溫度和熱流的變化。在此之前，人們知道熱和湍流幾乎同時(shí)以每小時(shí)5000公里的速度移動(dòng)，大約是飛機(jī)的速度，但是這個(gè)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致世界上首次發(fā)現(xiàn)湍流以每小時(shí)40000公里的速度在熱量之前移動(dòng)。這種湍流的速度接近于火箭的速度。

Naoki Kenmochi說(shuō)：“這項(xiàng)研究極大地推進(jìn)了我們對(duì)聚變質(zhì)體中湍流的理解。湍流的新特性，即它在等離子體中的移動(dòng)速度比熱量快得多，表明我們可能能夠通過(guò)觀察預(yù)測(cè)湍流來(lái)預(yù)測(cè)等離子體的溫度變化。未來(lái)，在此基礎(chǔ)上，我們有望開(kāi)發(fā)出實(shí)時(shí)控制等離子體溫度的方法。”

該研究發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》雜志上。

標(biāo)簽： 科學(xué)家發(fā)現(xiàn) 高速移動(dòng) 聚變等離子體湍流 研究發(fā)表