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科学家实现实验室等离子体中瞬态波粒相互作用相空间微扰结构分岔的检测
作者:小柯机器人 发布时间:2024/11/9 22:51:17

近日,日本国立自然科学研究所的T. Kobayashi及其研究团队取得一项新进展。他们实现了室等离子体中瞬态波粒相互作用相空间微扰结构分岔的检测。相关研究成果已于2024年11月7日在国际知名学术期刊《美国科学院院刊》上发表。

本文介绍了用于相空间扰动结构检测的最先进硬件和软件方法。研究发现,相空间结构形成中存在分岔现象,这会影响等离子体加热效率。研究表明,通过相空间操控,约束磁场结构有望成为控制核燃烧的一个潜在手段。

据悉,实现磁约束氚-氘等离子体聚变反应堆的一个关键要素,是利用聚变产生的高能氦离子对等离子体进行加热,形成一个“核燃烧”的连锁循环。当高能粒子的能量通过波直接传递给等离子体时,有望实现高效的无碰撞等离子体加热。

这些过程通常涉及由实空间和速度空间坐标构成的,相空间中非线性结构的形成,这些结构对加热效率有重要影响。然而,由于缺乏实验诊断方案,目前对相空间结构形成物理的实验认识极为有限。

附:英文原文

Title: Detection of bifurcation in phase-space perturbative structures across transient wave–particle interaction in laboratory plasmas

Author: Kobayashi, T., Yoshinuma, M., Hu, W., Ida, K.

Issue&Volume: 2024-11-7

Abstract: A key ingredient for realizing a magnetically confined tritium-deuterium plasma fusion reactor is plasma heating by fusion-born high-energy helium ions, as a chained cycle of “nuclear burning.” Efficient collisionless plasma heating by high-energy particles is anticipated when their energy is directly transferred to the plasma through waves. Those processes often involve nonlinear structure formations in phase-space, spanned by real-space and velocity-space coordinates, that significantly influence heating efficiency. To date, experimental knowledge of phase-space structure formation physics is severely limited, due to lack of experimental diagnostic schemes. Here, state-of-the-art hardware and software approaches for phase-space perturbative structure detection are introduced. A bifurcation in the phase-space structure formation is found, which affects the plasma heating efficiency. A confinement magnetic field structure is shown to be a potential knob for nuclear-burning control through phase-space manipulation.

DOI: 10.1073/pnas.2408112121

Source: https://www.pnas.org/doi/abs/10.1073/pnas.2408112121

期刊信息
PNAS:《美国科学院院刊》,创刊于1914年。隶属于美国科学院,最新IF:12.779
官方网址:https://www.pnas.org