冷却加热：解决融合悖论

磁融合研究领域有备用奥秘。如何限制甜甜圈的真空室中的湍流等离子体燃料，使其热致密，足以进行融合，已经产生了问题 - 和答案 - 几十年。

作为核科学与工程系的方向的研究生Anne White，Pablo Rodriguez-Fernandez Phd'19被一个融合研究历代历史悠久，仍未解决了20年。他的小说观测和随后的建模有助于提供答案，赢得Del Favero奖。

他的论文的焦点是血浆湍流，以及如何从热芯输送到托卡马克中等离子体的边缘。20多年的实验表明，在某些情况下，冷却等离子体的边缘导致核心变得更热。

“当您通过注入杂质冷却等离子体的边缘时，每个标准理论和直觉都会告诉您，冷脉冲传播，因此最终核心温度也会下降。但我们观察到的是，在某些条件下，当我们降低边缘的温度时，核心变热。通过冷却是一种加热。“

任何现有的等离子体行为理论都不支持违反局部观察。

对于他的获奖论文，Pablo Rodriguez-Fernandez检查了MIT的Alcator C-Mod Tokamak（背景）的数据。

“我们的理论无法解释经常发生的事情的事实，在实验中会使我们质疑这些模型，”Rodriquez-Fernandez说。“我们应该相信他们来预测未来的融合设备会发生什
么吗？”这些模型是预测等离子科学和融合中心的Alcator C-Mod Tokamak中性能的基础，这些模型不再运作。他们目前用于磨练，在法国建造的下一代机器，以及SPARC，Tokamak PSFC正在追求英联邦融合系统。

为了解决谜团，Rodriguez-Fernandez学识到复杂的编码，这将允许他运行边缘冷却实验的模拟。然而，当他在早期模拟中手动冷却边缘时，他的模型未能再现在实际实验中观察到的核心加热。

仔细研究来自Alcator C-Mod实验的数据，Rodriguez-Fernandez意识到注射的杂质不仅注射了血浆扰动，而不是温度，而是每个参数，包括密度。“我们
正在扰乱密度，因为我们正在引入更多粒子进入等离子体。我正在看Alcator C-Mod数据，我一直在看到这些颠簸的凸起。人们一直在忽视他们。“

凭借新的密度扰动引入他的模拟，他能够模拟在世界各地的许多实验中观察到的核心加热超过二十年。这些调查结果成为物理审查信（PRL）中发表的文章的基础。

为了加强他的论文，Rodriguez-Fernandez希望使用相同的模型来预测在加利福尼亚圣地亚哥圣地亚哥的一个非常不同的Tokamak - DIII-D中对边缘冷却的反应。当时，这款Tokamak没有能力运行这样的实验，但是由研究科学家Nathan Howard领导的麻省理工学院团队安装了一种用于将杂质和冷脉冲注入机器的新型激光消融系统。随后的实验在DIII-D上运行显示预测是准确的。

“这进一步支持我对神秘的答案和预测模拟是正确的，”Rodriguez-Fernandez说。“我们可以在模拟中通过边缘冷却再现核心加热的事实，并且对于多于一个TOKAMAK，意味着我们可以了解现象背后的物理。更重要的是，它让我们信心为我们为C-Mod和SPARC的模型没有错误。“

Rodriquez-Fernandez注意了PSFC的优秀大学环境，以及强大的外部协作网络。他的合作者包括一般原子的Gary Staebler，家庭到DIII-D的家庭，他撰写了用于他的模拟的被困的陀螺般的Landau流体运输模型;普林斯顿等离子物理实验室研究员Brian Grieron和兴丘元，他是一个叫做Transp的建模工具专家，对他的工作非常宝贵;在德国Garching的Max-Planck等离子物理学研究所的Clemente Angioni，其对Asdex升级Tokamak的实验支持PRL文章的调查结果。

现在，PSFC的POSTDOC，RODRIGUEZ-FERNANDEZ在他的一半时间致力于SPARC和ASDEX升级的一半。通过所有这些项目，他正在使用博士论文的模拟来开发用于预测和优化Tokamak性能的技术。

博士后承认他论文的时间不可能更好，就像SPARC项目升高一样。他很快加入了设计设备并以物理为基础的团队。

作为2019年12月5日的一部分，Rodriguez Fernandez将获得Del Favero论文奖的仪式，他将讨论他的论文研究如何与他目前的预测性能的工作相连。2014年成立于2014年，由Alum James Del Favero Sm '84的慷慨礼品，该奖项每年颁发给NSE的博士毕业生，审判核科学与工程领域的创新进展。“这是非常的令人
兴奋，“他说。“SPARC项目真的驾驶我。我在这里看到了未来，并融合。“

参考：“通过P. Rodriguez-Fernandez，A.E. White，N.T.”用本地湍流传输模型解释托卡马克等离子体中的冷脉冲动力学“。白色，N.T.霍华德，B.A.格尔斯顿，下午STAEBLER，J.E. RICE，X. Yuan，N.M.CAO，A.J. Breely，M.J. Greenwald，A.E. Hubbard，J.W.休斯，J.H. Irby和F.Sciortino，2018年2月16日，物理审查信件.DOI：
10.1103 / physrevlett.120.075001

这项研究得到了美国能源科学能源厅的支持。