纯氢和氢与5%氖混合的等离子体行为。在该试验中，运用一种新的汤姆逊散射（TS）确诊体系（以（史无前例的速率）20 kHz运转，以（i）丈量等离子体经过调查区域的密度，以及（ii）确认其方位，这验证了理论猜测。资料来历：国家聚变科学研讨所
在ITER——世界上最大的试验聚变反应堆，现在正在法国经过国际合作制作——经过所谓的“决裂”忽然停止高温等离子体的磁束缚是一个严重的悬而未决的问题。作为对策，中止缓解技能答应在检测到等离子体不稳定痕迹时强制冷却等离子体，是全球深入研讨的主题。
现在，来自美国国立量子科学与技能研讨所（QST）和国家科学研讨所（NINS）的国家聚变科学研讨所（NIFS）的一组日本研讨人员发现，经过在氢冰丸中添加约5%的氖，能够将等离子体更深地冷却到其外表以下，因而比注入纯氢冰丸更有用。
运用NIFS具有的大型螺旋设备的理论模型和试验丈量以及先进的确诊，研讨人员阐明晰在冰丸周围构成的细密等离子体的动力学，并确认了担任成功增强强制冷却体系功能的物理机制，这关于在ITER进行试验是必不可少的。这些成果将有助于为未来的聚变反应堆树立等离子体操控技能。该团队的陈述在《物理谈论快报》上在线供给。
经过国际合作，世界上最大的试验聚变反应堆ITER正在法国建造。在ITER上，将进行试验，经过将氢同位素等离子体的“焚烧状况”保持在1亿度以上来产生500兆瓦的聚变能。这些试验成功的首要妨碍之一是称为“决裂”的现象，在此期间，用于约束等离子体的磁场装备因为磁流体动力学不稳定性而崩塌。
决裂会导致高温等离子体流入容器的内外表，导致结构损坏，然后或许导致试验进展推迟和本钱添加。虽然ITER的机器和运转条件经过精心规划以避免中止，但不确认性依然存在，并且需求进行许多试验，因而需求专门的机器维护战略作为保证。
处理这个问题的一个有期望的处理方案是一种称为“中止缓解”的技能，该技能在检测到或许导致决裂的不稳定痕迹的开始痕迹时强制冷却等离子体，然后避免损坏面向等离子体的资料组件。作为根本战略，研讨人员正在开发一种办法，运用在低于10开尔文的温度下冷冻的氢冰颗粒并将其注入高温等离子体中。
注入的冰从外表消融，因为环境高温等离子体的加热而蒸腾和电离，在冰周围构成一层低温、高密度的等离子体（以下简称“等离子体”）。这种低温、高密度的等离子体与主等离子体混合，主等离子体的温度在此过程中下降。但是，在最近的试验中，很明显，当运用纯氢冰时，等离子体在与方针等离子体混合之前就被弹出，使其无法有用地冷却地表以下更深的高温等离子体。
这种喷发归因于等离子体的高压。定性地，约束在甜甜圈形磁场中的等离子体倾向于与压力成份额地向外胀大。由氢冰的熔化和电离构成的等离子体很冷，但十分细密。因为温度平衡比密度平衡快得多，因而等离子体压力高于热方针等离子体的压力。成果是等离子体变得极化并阅历磁场的漂移运动，因而它在能够与热方针等离子体彻底混合之前向外传达。
从理论剖析中提出了这个问题的处理方案：模型核算猜测，经过将少数氖混合到氢中，能够下降等离子体的压力。氖在大约20开尔文的温度下冻住，并在等离子体中产生激烈的线辐射。因而，如果在注入前将氖与氢冰混合，部分加热能能够作为光子能量发射。
为了证明运用氢氖混合物的这种有利效果，在日本土岐的大型螺旋设备（LHD）中进行了一系列试验。多年来，LHD一向运转一种称为“固体氢丸注射器”的设备，具有很高的可靠性，该设备以3 m / s的速度注入直径约1100 mm的冰丸。因为该体系的高可靠性，能够以1毫秒的时刻精度将氢冰注入等离子体中，然后能够在注入的冰消融后当即丈量等离子体温度和密度。
最近，运用新的激光技能在LHD体系中完成了世界上最高的汤姆逊散射（TS）时刻分辨率20 kHz。运用这个体系，研讨小组捕捉到了等离子体的进化。他们发现，正如理论核算所猜测的那样，当氢冰掺杂约5%的氖时，等离子体喷发遭到按捺，与注入纯氢冰的状况构成鲜明对比。此外，试验证明，氖灯在等离子体的有用冷却中起着有用的效果。
本研讨成果初次标明，将掺有少数氖的氢冰丸注入高温等离子体中，有助于经过按捺等离子体喷发来有用冷却等离子体的深核区域。氖掺杂的这种效应不只作为一种新的试验现象很风趣，并且还支撑了ITER中搅扰缓解基线战略的开展。ITER中止缓解体系的规划检查方案于2023年进行，现在的成果将有助于进步体系的功能。
原标题：《新的聚变研讨进展：用氢氖混合物冰丸冷却1亿度等离子体避免产生大决裂》
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