抽象的数学点对新的见解导致了一个旧的融合问题

PPPL物理学家Christopher Smiet。

在地球上产生聚变能的挑战是将被称为等离子体的带电气体捕获，该气体在强磁场内为聚变反应提供燃料，并使等离子体尽可能长时间地保持高温和致密。现在，美国能源部（DOE）普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的科学家获得了对一种常见的打cup现象的新见解，这种打h现象被称为锯齿不稳定性，该锯齿不稳定性会冷却中心的热等离子体并干扰聚变反应。这些发现可能有助于使聚变能更接近现实。

PPPL物理学家克里斯托弗·斯米特（Christopher Smiet）说：“传统模型解释了大多数锯齿形碰撞的情况，但是我们无法解释其中的一些顽强观察结果，”该论文报道了核聚变的结果。“解释这些异常事件将填补理解已经存在近40年的锯齿现象的空白。”

聚变以等离子体的形式结合了光元素，等离子体是由自由电子和原子核组成的热的带电状态，在此过程中会在太阳和恒星中产生大量能量。科学家们正在寻求在地球上的设备中复制核聚变，以提供几乎无穷无尽的安全，清洁的电力来发电。

数十年来，研究人员已经知道，聚变等离子体核心的温度通常会缓慢上升，然后突然下降，这是不希望发生的，因为温度较低会降低效率。流行的理论是，当测量血浆稳定性的称为安全系数的量下降到接近1的量时，发生崩溃。安全系数与甜甜圈形托卡马克聚变设备的磁场中的扭曲程度有关。

但是，一些观察结果表明，当安全系数降至0.7左右时，就会发生温度崩溃。这是非常令人惊讶的，无法用最广泛接受的理论来解释。

新的见解不是来自等离子物理学，而是来自抽象数学，它表明，当安全系数取特定值（其中之一接近0.7）时，等离子芯中的磁场可以改变为另一种称为交变双曲线的构型。Smiet说：“在这种拓扑结构中，等离子体在内核中丢失了。”“血浆从相反方向从中心排出。这为磁保持架部分破裂，铁心中的温度突然下降，以及随着磁场和温度缓慢恢复而重复该过程提供了新的途径。”

新的见解提出了一个激动人心的新研究方向，即在等离子体中保持更多热量并更有效地产生聚变反应。Smiet说：“如果我们无法解释这些异常观察结果，那么我们将不完全了解这些机器中正在发生的事情。”“抵制锯齿的不稳定性会导致产生更热，更扭曲的等离子体，并使我们更接近融合。”

该模型源自纯粹的抽象数学研究。Smiet找到了一种数学方法来描述托卡马克中心的磁场。然后，所有可能的配置都可以与称为Lie群的代数结构相关联。“数学真的很漂亮，” Smiet说。“该数学组为您提供了所有可能的磁配置以及何时一种配置可以更改为另一种的鸟瞰图。”

新模型表明，托卡马克中磁性结构发生变化的次数之一就是安全系数精确降至三分之二，即0.666。Smiet说：“这非常接近实验中看到的0.7的值，尤其是在考虑到实验不确定性的情况下。”他说：“这些结果中最漂亮的部分之一是它们只是纯数学的基础。”

Smiet希望通过在托卡马克上进行实验来验证新模型。他说：“数学向我们展示了要寻找的东西，因此现在我们应该能够看到它。”

参考：C.B.撰写的“磁轴的分叉和双曲交替锯齿”。Smiet，G.J。克莱默和S.R.哈德逊（Hudson），2020年7月16日，核聚变。
10.1088 / 1741-4326 / ab9a0d