改进融合反应的一种方法是：将弱点作为优势

在日本近畿美术中，一位艺术家将碗的碎片与黄金融合在一起，使最终产品比原来的更漂亮

这一想法启发了一种新的方法来管理等离子体，即物质的超热状态，用作电源。科学家们正在利用磁场中限制反应的缺陷来改善和增强等离子体，这是《自然通讯》杂志上的一篇论文中概述的一种方法

美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室的Joseph Snipes说：“这种方法可以保持高性能等离子体，同时控制等离子体核心和边缘的不稳定性。这种同时控制特别重要，也很难做到。这就是这项工作的特殊之处。”。他是PPPL的托卡马克实验科学部副主任，也是该论文的合著者

PPPL物理学家Seong Moo Yang领导的研究团队横跨美国和韩国的各个机构。杨说，这是第一次有任何研究团队验证了一种系统的方法来调整磁场缺陷，使等离子体适合用作电源。这些磁场缺陷被称为误差场

“我们的新方法确定了最佳误差场校正，增强了等离子体的稳定性，”杨说。“这种方法被证明可以在不同的等离子体条件下提高等离子体的稳定性，例如，当等离子体处于高和低磁约束条件下时。”

难以校正的误差

误差场通常是由容纳等离子体的设备（称为托卡马克）的磁线圈中的微小缺陷引起的。到目前为止，误差场只被视为一种麻烦，因为即使是很小的误差场也可能导致等离子体破坏，从而停止聚变反应，并损坏聚变容器的壁。因此，聚变研究人员花费了相当多的时间和精力精心寻找校正误差场的方法

杨说：“消除现有的误差场非常困难，所以我们可以在聚变容器周围施加额外的磁场，而不是修复这些线圈的不规则性，这一过程被称为误差场校正。”

在过去，这种方法也会伤害等离子体的核心，使等离子体不适合聚变发电。这一次，研究人员能够消除等离子体边缘的不稳定性，并保持核心的稳定性。这项研究是PPPL研究人员如何弥合当今聚变技术与为电网提供聚变电力所需技术之间差距的一个典型例子。

“这实际上是打破系统对称性的一种非常有效的方法，因此人类可以有意降低限制。这就像在气球上开一个非常小的洞，这样气球就不会爆炸，”PPPL的研究员、论文合著者SangKyeun Kim说。就像空气会从气球上的小孔中泄漏出来一样，少量等离子体也会从误差场中泄漏出来，这有助于保持其整体稳定性

同时管理等离子体的核心和边缘

管理聚变反应最困难的部分之一是使等离子体的核心与边缘同时发挥作用。在这两个区域中都有等离子体温度和密度的理想区域，在消除不稳定性的同时击中这些目标是困难的

这项研究表明，调整误差场可以同时稳定等离子体的核心和边缘。通过仔细控制托卡马克线圈产生的磁场，研究人员可以抑制边缘不稳定性，也称为边缘定域模式（ELM），而不会造成干扰或严重的限制损失

“我们正在努力保护这个设备，”PPPL研究人员、物理学家胡启明说，他是这篇论文的作者

将研究扩展到KSTAR

这项研究是使用韩国的KSTAR装置进行的，该装置以其灵活调整磁误差场配置的能力而闻名。这种能力对于实验不同的误差场配置以找到稳定等离子体的最有效配置至关重要

研究人员表示，他们的方法对未来托卡马克聚变中试装置的设计具有重要意义，有可能使其更加高效和可靠。他们目前正在开发一种人工智能（AI）版本的控制系统，以提高其效率

“这些模型相当复杂；它们需要一点时间来计算。但当你想在实时控制系统中做一些事情时，你只能花几毫秒来进行计算，”Snippes说。“使用人工智能，你基本上可以教会系统预期的内容，并能够使用人工智能提前预测控制等离子体所需的内容以及如何实时实现。”

虽然他们的新论文强调了使用KSTAR内部磁线圈所做的工作，但胡建议，未来在聚变容器外部使用磁线圈的研究将是有价值的，因为聚变界正在放弃将这些线圈放置在真空密封容器内的想法，因为等离子体的极端热量可能会破坏这些部件