為了在發(fā)電廠中實(shí)現(xiàn)核聚變，有必要將超過1億攝氏度的等離子體穩(wěn)定地限制在一個(gè)磁場中并長期保持。由日本國立自然科學(xué)研究所（NINS）國立聚變科學(xué)研究所（NIFS）的Naoki Kenmochi副教授、Katsumi Ida教授和Tokihiko Tokuzawa副教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，與美國威斯康星大學(xué)Daniel J. den Hartog教授合作，使用獨(dú)立開發(fā)的測量儀器在世界上首次發(fā)現(xiàn)，當(dāng)熱量在大型螺旋裝置（LHD）的等離子體中逸出時(shí)，湍流的移動(dòng)速度比熱量更快。
這種湍流的一個(gè)特點(diǎn)使得預(yù)測等離子體溫度的變化成為可能，預(yù)計(jì)對湍流的觀察將導(dǎo)致在未來開發(fā)出一種實(shí)時(shí)控制等離子體溫度的方法。
在被磁場限制的高溫等離子體中，產(chǎn)生了 “湍流”，這是一種帶有不同大小渦旋的流動(dòng)。這種湍流導(dǎo)致等離子體受到干擾，被限制的等離子體的熱量向外流動(dòng)，導(dǎo)致等離子體溫度下降。為了解決這個(gè)問題，有必要了解等離子體中熱量和湍流的特點(diǎn)。然而，等離子體中的湍流非常復(fù)雜，研究人員還沒有實(shí)現(xiàn)對它的全面了解。特別是，生成的湍流如何在等離子體中移動(dòng)還沒有得到很好的理解，因?yàn)檫@需要儀器能夠以高靈敏度和極高的時(shí)空分辨率測量微小湍流的時(shí)間演變。
在等離子體中可以形成一個(gè)“屏障”，它的作用是阻止熱量從中心向外傳輸。“屏障”在等離子體中形成強(qiáng)大的壓力梯度并產(chǎn)生湍流。Kenmochi副教授和他的研究小組已經(jīng)開發(fā)出一種方法，通過設(shè)計(jì)一個(gè)磁場結(jié)構(gòu)來打破這個(gè)障礙。這種方法使研究人員能夠關(guān)注屏障打破時(shí)大力流動(dòng)的熱量和湍流，并詳細(xì)研究它們的關(guān)系。然后，利用各種波長的電磁波，研究人員以世界上最高的精度測量了電子和毫米級細(xì)小湍流的溫度和熱流的變化。在此之前，人們知道熱和湍流幾乎同時(shí)以每小時(shí)5000公里的速度移動(dòng)，大約是飛機(jī)的速度，但是這個(gè)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致世界上首次發(fā)現(xiàn)湍流以每小時(shí)40000公里的速度在熱量之前移動(dòng)。這種湍流的速度接近于火箭的速度。
Naoki Kenmochi說：“這項(xiàng)研究極大地推進(jìn)了我們對聚變質(zhì)體中湍流的理解。湍流的新特性，即它在等離子體中的移動(dòng)速度比熱量快得多，表明我們可能能夠通過觀察預(yù)測湍流來預(yù)測等離子體的溫度變化。未來，在此基礎(chǔ)上，我們有望開發(fā)出實(shí)時(shí)控制等離子體溫度的方法。”
該研究發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》雜志上。
