科学家研究核融合,发现一种新形态的电流!

电流在日常生活中经常见,它们驱动机械的运行与计算机的运算,是人类文明发展的关键。近期,美国能源部(U.S. Department of Energy,DOE)普林斯顿电浆物理实验室(Princeton Plasma Physics Laboratory,PPPL)的科学家在研究核融合时,发现一种新形态的电流。这个发现不仅有助于核融合的发展,也提供科学界对基础物理的新洞见,为研究打下新的根基。研究团队将论文发布在《Physics of Plasmas》期刊上。

静电波带动粒子移动,进而产生电流

核融合是轻元素融合成重元素的过程,需要在极高温的状态下反应;此时,粒子会以电浆的形态存在。研究团队发现,在核融合的过程中,托卡马克(Tokamak,一种通过磁场约束电浆以实现核融合的设备)内产生一种新形态的电流。深入研究后发现,当托卡马克内有特定的静电波(electrostatic wave)时,就会产生这种电流。

普林斯顿电浆物理学项目研究生,论文第一作者Ian Ochs比喻,这些静电波会推动某些带电粒子,很像是拿冲浪板在海浪上冲浪,而要产生这种电流,波的频率是关键。当频率高时,波会让某些电子向前移动,另一些向后移动,最后两者抵消,没有电流产生;当频率低时,波会将电子往前推,并把原子核向后推,产生电流。

研究团队发现,离子声波(ion acoustic wave,电浆中离子和电子的一种纵向震荡,类似声波)会推动带电粒子,产生电流的现象。

科研意义:挑战以往观点,创建新的研究基础

关于该发现对科研的意义,Ochs表示,这种电流与传统的物理认知不同,这个发现能让我们更了解基本物理。此外,这个发现也能从实验室尺度拓展到宇宙尺度;Ochs认为,宇宙中有很多磁场,可以大到星系等级,这个发现也有助于人类认识宇宙磁场。

而天体物理学教授、副系主任暨电浆物理项目主任,论文共同作者Nathaniel Fisch表示,这个发现挑战以往的物理学观点,甚至创建新的研究根基;此研究所创建的数学模型与物理概念,有助于进一步研究波与电浆的交互关系。

参考资料

《Physics of Plasmas》、《PhysOrg》