仿星器研究的一個關鍵挑戰是將高能粒子保持在等離子體內。

普林斯頓等離子體物理實驗室 (PPPL) 的研究人員在提高仿星器(一種聚變裝置)的性能方面取得了突破。

聚變是太陽產生能量的過程，它涉及加熱輕原子核(例如氫同位素)，形成等離子體(一種極熱的帶電氣體)。

為了在地球上實現這一目標，科學家們正在探索各種方法，其中仿星器和托卡馬克是主要的競爭者。

仿星器是一種核聚變裝置，已成為傳統托卡馬克裝置的一種有前途的替代品。這兩種裝置都利用強大的磁場將等離子體(一種熱的帶電氣體)限制在環形形狀中，以促進核聚變反應。

然而，它們產生磁場的方式有所不同。

仿星器研究的意義

“托卡馬克有三組大型磁場線圈。其中一個線圈產生流經等離子體中心的電流。該電流產生的磁場增強了等離子體的約束效果，”研究人員在新聞稿中解釋道。

“相比之下，仿星器有許多磁線圈環繞等離子體外部。它們形成環繞環形的扭曲磁場，無需中心電流。”

這種根本區別賦予了仿星器某些優勢，包括固有的穩態運行和降低可能終止等離子體約束的干擾的敏感性。

仿星器研究面臨的主要挑戰之一是優化等離子體中高能粒子的限制。這些粒子通常是聚變反應的副產品，在維持等離子體溫度和整體效率方面發揮著至關重要的作用。

然而，它們的高能量使它們容易逃離限制磁場，從而可能導致能量損失和設備壁損壞。

優化等離子體配置

為了解決這個問題，PPPL 的科學家與奧本大學、德國馬克斯普朗克等離子體物理研究所和威斯康星大學麥迪遜分校的研究人員合作，開發了一種創新的計算方法。

他們沒有嘗試模擬單個粒子的復雜路徑，因為這需要太多的計算能力和時間，而是設計了一個代理函數，可以有效地預測粒子逃離磁場的速度。

該代理函數基于對復雜磁場中粒子行為的理論理解，可以快速探索各種磁性結構。

研究人員強調說：“利用這一代理函數，研究團隊能夠開發出多種不同的等離子體配置，從而減少高能粒子的損失。”

仿星器研究取得顯著進展

近年來，仿星器技術領域取得了幾項重大進展。

仿星器技術領先公司泰雷茲近日宣布，其TH1507U回旋加速器在360秒內以140千兆赫的頻率實現了1.3兆瓦的射頻總輸出。

另一項進展是，總部位于法國的能源公司 Renaissance Fusion 正在建造仿星器，據稱這可能是地球上最高效、最穩定的聚變反應堆。

PPPL 研究人員的最新進展可以顯著優化仿星器的性能，使聚變能更接近實際實現。