高科技的聚變?cè)O(shè)施就像一個(gè)保溫瓶--兩者都盡可能地保持其內(nèi)容物的溫度。核聚變?cè)O(shè)施將被稱為等離子體的帶電氣體限制在比太陽熱10倍的溫度下，保持高溫對(duì)激發(fā)核聚變反應(yīng)至關(guān)重要，科學(xué)家們?cè)噲D利用核聚變反應(yīng)來創(chuàng)造一種清潔、豐富的能源來發(fā)電?，F(xiàn)在，美國能源部(DOE)普林斯頓等離子體物理國家實(shí)驗(yàn)室(PPPL)的 研究人員已經(jīng)對(duì)模擬等離子體中熱量運(yùn)動(dòng)的方程式進(jìn)行了簡單的修改。這些變化提高了洞察力，可以幫助工程師避免在未來的核聚變?cè)O(shè)施中可能導(dǎo)致熱損失的條件。

聚變是驅(qū)動(dòng)太陽和恒星的動(dòng)力，它以等離子體的形式結(jié)合了輕元素--由自由電子和原子核組成的熱的、帶電的物質(zhì)狀態(tài)--產(chǎn)生大量的能量?？茖W(xué)家們正在尋求在地球上復(fù)制核聚變，以獲得幾乎取之不盡的電力供應(yīng)。

“整個(gè)磁約束核聚變方法基本上可以歸結(jié)為用磁場將等離子體固定在一起，然后通過保持熱量的限制使其盡可能熱，”普林斯頓等離子體物理項(xiàng)目的研究生、 《物理評(píng)論E》 上一篇報(bào)告結(jié)果的論文的主要作者Suying Jin說，“為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們必須從根本上了解熱量如何在系統(tǒng)中移動(dòng)。”

研究人員表示，科學(xué)家們一直在使用一種分析技術(shù)，假設(shè)電子之間的熱量流動(dòng)基本上不受較大的離子之間的熱量影響。但是他們發(fā)現(xiàn)，這兩種熱的途徑實(shí)際上是相互作用的，可以深刻地影響測量結(jié)果的解釋方式。通過允許這種互動(dòng)，科學(xué)家可以更準(zhǔn)確地測量電子和離子的溫度。他們還可以從另一個(gè)途徑的信息中推斷出關(guān)于一個(gè)途徑的信息。

研究人員說：“這一點(diǎn)令人激動(dòng)的是，它不需要不同的設(shè)備。你可以做同樣的實(shí)驗(yàn)，然后用這個(gè)新模型從同樣的數(shù)據(jù)中提取更多的信息。”

研究人員在早期對(duì)磁島的研究中對(duì)熱流產(chǎn)生了興趣，磁島是由旋轉(zhuǎn)的磁場形成的等離子體泡狀結(jié)構(gòu)。對(duì)這些花束的建模取決于對(duì)熱流的準(zhǔn)確測量。“然后我們注意到其他人在過去如何測量熱流方面的差距，” Jin說。“他們計(jì)算了熱的運(yùn)動(dòng)，假設(shè)它只通過一個(gè)通道移動(dòng)。他們沒有考慮到這兩個(gè)通道之間的相互作用，而這兩個(gè)通道影響了熱量如何在等離子體系統(tǒng)中移動(dòng)。這一遺漏既導(dǎo)致了對(duì)一個(gè)物種數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤解釋，也錯(cuò)過了進(jìn)一步了解通過兩個(gè)物種的熱流的機(jī)會(huì)。”

Jin的新模型提供了以前沒有的全新見解。“測量電子熱傳輸通常比測量離子熱傳輸更容易，”PPPL物理學(xué)家Allan Reiman說，他是論文的共同作者。“這些發(fā)現(xiàn)可以以比預(yù)期更容易的方式給我們提供一個(gè)重要的拼圖。”

普林斯頓大學(xué)天體物理學(xué)教授、論文共同作者Nat Fisch說：“即使是電子和離子之間的最小耦合也能深刻地改變熱量在等離子體中的傳播方式，這一點(diǎn)非常了不起。這種敏感性現(xiàn)在可以被利用來為我們的測量提供信息。”

新的模型將被用于未來的研究中。“我們正在考慮在不久的將來提出另一個(gè)實(shí)驗(yàn)，這個(gè)模型將給我們一些額外的旋鈕來理解結(jié)果，”Reiman說。“有了Jin的模型，我們的推斷將更加準(zhǔn)確。我們現(xiàn)在知道如何提取我們需要的額外信息。”

關(guān)鍵詞： 科學(xué)家 熱量 聚變等離子 太陽