科学家们通过对磁化等离子体进行分类,发现了10种新的等离子体拓扑相,这可能使我们在核聚变发电方面向前迈进了一步。
等离子体物理学家在这些以前未知的相的帮助下研究了等离子体聚变,这是能量的白鲸。相之间的转变有助于学习等离子体表面交叉处的边缘模式或波。
这些神秘的神经支配有潜力开发磁化等离子体的实际用途。
普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的物理学家Yichen Fu说:“这些发现可能会导致这些奇异激发在空间和实验室等离子体中的应用。”
“下一步是探索这些刺激能做什么,以及如何利用它们。”
最近的研究从拓扑上考虑等离子体,这导致了对内部波的形状的分析。
然而,冷磁化等离子体中的拓扑相尚未被发现。因此,这项研究意义重大,因为它将提供等离子体如何与自身相互作用的全面视图。
傅与他的同事、PPPL物理学家秦宏合作,在稳定磁场中寻找冷等离子体拓扑相的数值描述。结果显示了10种不同的新相,由边缘模式(等离子体内两个不同区域之间的边界)划分。数值研究进一步验证了两人的结果。
“等离子体中10个相的发现标志着等离子体物理学的一个主要发展,”秦说。
“任何科学努力的第一步,也是最重要的一步,是对研究对象进行分类。任何新的分类方案都将提高我们的理论认识,并在随后的技术上取得进步。”
这些进展在论文中没有预料到,尽管有一些引人注目的可能性,包括等离子体是物质的第四种状态,与固体、液体和气体并列。
等离子体被认为是空间中大量存在的带正电荷的粒子(离子)和带负电荷的粒子(电子)的混合物。的确,在恒星中发现的物质对未来的等离子体技术至关重要。
恒星通常会融合原子核,形成更重的元素,产生大量的能量。等离子体聚变是一种能源生产形式,在地球上基本上是取之不尽、用之不竭的。
虽然这并不像听起来那么容易,但在比太阳更高的温度下,应该保持稳定的等离子体来发电。这当然不是一件容易的工作,但这项研究使我们向前迈出了一步。
“论文中最重要的进展是根据等离子体的拓扑性质来观察它,并确定它的拓扑相,”傅说。
“基于这些相位,我们确定了这些局域波激发的必要和充分条件。至于这一进展如何应用于促进聚变能研究,我们必须找到答案。”
这项研究发表在《自然通讯》杂志上。