高速運動的等離子體湍流首次發現
為了使核聚變發生,需要將超過1億攝氏度的等離子體穩定地限製在磁場中,並長時間保持。ribenguolijubiankexueyanjiusuoyumeiguoweisikangxingdaxuelingdaodeyigeyanjiutuandui,shoucizaishijieshangfaxianledaxingluoxuanzhuangzhizhongdenglizitizaireliangyichushi,tuanliudeyundongsudubireliangkuai。這種湍流特征使預測等離子體溫度的變化成為可能,對其觀測或將導致未來開發一種實時控製等離子體溫度的方法。研究結果發表在近日的《自然·科學報告》雜誌上。
在受磁場約束的高溫等離子體中會產生“湍流”,這(zhe)是(shi)一(yi)種(zhong)具(ju)有(you)不(bu)同(tong)大(da)小(xiao)的(de)渦(wo)旋(xuan)的(de)流(liu)動(dong)。這(zhe)種(zhong)湍(tuan)流(liu)導(dao)致(zhi)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)受(shou)到(dao)幹(gan)擾(rao),來(lai)自(zi)受(shou)限(xian)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)的(de)熱(re)量(liang)向(xiang)外(wai)流(liu)動(dong),導(dao)致(zhi)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)溫(wen)度(du)下(xia)降(jiang)。為(wei)了(le)解(jie)決(jue)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti),有(you)必(bi)要(yao)了(le)解(jie)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)中(zhong)的(de)熱(re)和(he)湍(tuan)流(liu)特(te)性(xing)。然(ran)而(er),等(deng)離(li)子(zi)體(ti)中(zhong)的(de)湍(tuan)流(liu)十(shi)分(fen)複(fu)雜(za),研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)尚(shang)未(wei)完(wan)全(quan)了(le)解(jie)。特(te)別(bie)是(shi)產(chan)生(sheng)的(de)湍(tuan)流(liu)如(ru)何(he)在(zai)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)中(zhong)運(yun)動(dong)還(hai)未(wei)明(ming)確(que),因(yin)為(wei)需(xu)要(yao)能(neng)夠(gou)以(yi)高(gao)靈(ling)敏(min)度(du)和(he)極(ji)高(gao)時(shi)空(kong)分(fen)辨(bian)率(lv)測(ce)量(liang)微(wei)小(xiao)時(shi)間(jian)演(yan)變(bian)的(de)儀(yi)器(qi)。
等離子體中會形成一道“屏障”,阻zu止zhi熱re量liang從cong中zhong心xin向xiang外wai傳chuan輸shu。該gai屏ping障zhang在zai等deng離li子zi體ti中zhong產chan生sheng強qiang烈lie的de壓ya力li梯ti度du,並bing產chan生sheng湍tuan流liu。日ri本ben研yan究jiu小xiao組zu已yi經jing開kai發fa出chu一yi種zhong通tong過guo設she計ji磁ci場chang結jie構gou來lai打da破po這zhe一yi障zhang礙ai的de方fang法fa。這zhe種zhong方fang法fa更geng方fang便bian研yan究jiu障zhang礙ai被bei打da破po時shi劇ju烈lie流liu動dong的de熱re量liang和he湍tuan流liu,並bing詳xiang細xi研yan究jiu它ta們men之zhi間jian的de關guan係xi。然ran後hou,研yan究jiu人ren員yuan使shi用yong不bu同tong波bo長chang的de電dian磁ci波bo,以yi世shi界jie上shang最zui高gao精jing度du測ce量liang了le電dian子zi的de溫wen度du變bian化hua、熱量和湍流的變化。此前,人們知道熱量和湍流幾乎同時以每小時5000公裏的速度移動,大約相當於飛機的速度,但這次實驗首次在世界上發現湍流以每小時40000公裏的速度先於熱量移動,已接近火箭的速度。
日(ri)本(ben)國(guo)立(li)聚(ju)變(bian)科(ke)學(xue)研(yan)究(jiu)所(suo)助(zhu)理(li)教(jiao)授(shou)劍(jian)持(chi)尚(shang)輝(hui)說(shuo),這(zhe)項(xiang)研(yan)究(jiu)極(ji)大(da)地(di)提(ti)高(gao)了(le)人(ren)們(men)對(dui)聚(ju)變(bian)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)中(zhong)湍(tuan)流(liu)的(de)理(li)解(jie)。湍(tuan)流(liu)的(de)新(xin)特(te)征(zheng),即(ji)它(ta)在(zai)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)中(zhong)的(de)移(yi)動(dong)速(su)度(du)遠(yuan)遠(yuan)快(kuai)於(yu)熱(re),表(biao)明(ming)可(ke)通(tong)過(guo)觀(guan)察(cha)預(yu)測(ce)湍(tuan)流(liu)來(lai)預(yu)測(ce)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)的(de)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)。未(wei)來(lai),科(ke)學(xue)家(jia)希(xi)望(wang)在(zai)此(ci)基(ji)礎(chu)上(shang)開(kai)發(fa)出(chu)實(shi)時(shi)控(kong)製(zhi)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)溫(wen)度(du)的(de)方(fang)法(fa)。
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