仿星器研究的一个关键挑战是将高能粒子保持在等离子体内。
普林斯顿等离子体物理实验室 (PPPL) 的研究人员在提高仿星器(一种聚变装置)的性能方面取得了突破。
聚变是太阳产生能量的过程，它涉及加热轻原子核(例如氢同位素)，形成等离子体(一种极热的带电气体)。
为了在地球上实现这一目标，科学家们正在探索各种方法，其中仿星器和托卡马克是主要的竞争者。
仿星器是一种核聚变装置，已成为传统托卡马克装置的一种有前途的替代品。这两种装置都利用强大的磁场将等离子体(一种热的带电气体)限制在环形形状中，以促进核聚变反应。
然而，它们产生磁场的方式有所不同。
仿星器研究的意义
“托卡马克有三组大型磁场线圈。其中一个线圈产生流经等离子体中心的电流。该电流产生的磁场增强了等离子体的约束效果，”研究人员在新闻稿中解释道。
“相比之下，仿星器有许多磁线圈环绕等离子体外部。它们形成环绕环形的扭曲磁场，无需中心电流。”
这种根本区别赋予了仿星器某些优势，包括固有的稳态运行和降低可能终止等离子体约束的干扰的敏感性。
仿星器研究面临的主要挑战之一是优化等离子体中高能粒子的限制。这些粒子通常是聚变反应的副产品，在维持等离子体温度和整体效率方面发挥着至关重要的作用。
然而，它们的高能量使它们容易逃离限制磁场，从而可能导致能量损失和设备壁损坏。
优化等离子体配置
为了解决这个问题，PPPL 的科学家与奥本大学、德国马克斯普朗克等离子体物理研究所和威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员合作，开发了一种创新的计算方法。
他们没有尝试模拟单个粒子的复杂路径，因为这需要太多的计算能力和时间，而是设计了一个代理函数，可以有效地预测粒子逃离磁场的速度。
该代理函数基于对复杂磁场中粒子行为的理论理解，可以快速探索各种磁性结构。
研究人员强调说：“利用这一代理函数，研究团队能够开发出多种不同的等离子体配置，从而减少高能粒子的损失。”
仿星器研究取得显著进展
近年来，仿星器技术领域取得了几项重大进展。
仿星器技术领先公司泰雷兹近日宣布，其TH1507U回旋加速器在360秒内以140千兆赫的频率实现了1.3兆瓦的射频总输出。
另一项进展是，总部位于法国的能源公司 Renaissance Fusion 正在建造仿星器，据称这可能是地球上最高效、最稳定的聚变反应堆。
PPPL 研究人员的最新进展可以显著优化仿星器的性能，使聚变能更接近实际实现。
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