等离子体振荡推动聚变能的突破

大多数人知道固体、液体和气体是物质的主要三种状态，但也存在第四种状态。等离子体——也被称为电离气体——是我们宇宙中最丰富、最可观测的物质形式，存在于太阳和其他天体中

创造自由移动的电子和离子的热混合物组成等离子体通常需要极端的压力或温度。在这些极端条件下，研究人员继续揭示等离子体运动和进化的意想不到的方式。通过更好地理解等离子体的运动，科学家们获得了对太阳物理学、天体物理学和聚变的宝贵见解

在《物理评论快报》上发表的一篇论文中，罗切斯特大学的研究人员与加州大学圣地亚哥分校的同事发现了一类新的等离子体振荡——电子和离子的来回波动。这些发现对提高微型粒子加速器和用于产生聚变能的反应堆的性能具有重要意义。

激光能量学实验室的高级科学家、机械工程系助理教授、光学研究所副教授John Palastro说：“这类新的等离子体振荡可以表现出非凡的特征，为粒子加速和聚变的创新进步打开大门。”

等离子体波有自己的想法

等离子体的特征之一是它支持集体运动的能力，在集体运动中，电子和离子一致振荡或波动。这些振荡就像一种有节奏的舞蹈。正如舞者对彼此的动作做出反应一样，等离子体中的带电粒子相互作用并一起振荡，产生协调的运动

这些振荡的性质传统上与等离子体整体的性质有关，如温度、密度或速度。然而，Palastro和他的同事确定了等离子体振荡的理论框架，其中振荡的性质完全独立于它们存在的等离子体

Palastro说：“想象一下，快速拨动吉他弦，脉冲以由弦的张力和直径决定的速度沿着弦传播。”。“我们已经找到了一种‘提取’等离子体的方法，使波独立于类似的张力和直径移动。”

在它们的理论框架内，振荡的振幅可以比真空中的光速更快地传播，或者完全停止，而等离子体本身则以完全不同的方向传播

这项研究有多种有前景的应用，最显著的是在帮助实现清洁燃烧的商业聚变能源方面。

合著者、加州大学圣地亚哥分校机械和航空航天工程教授阿列克谢·阿雷菲耶夫表示，“这种新型振荡可能会对聚变反应堆产生影响，在聚变反应堆中，减轻等离子体振荡可以促进高效发电所需的限制。”