科學家研究核融合,發現一種新型態的電流!

電流在日常生活中很常見,它們驅動機械的運作與電腦的運算,是人類文明發展的關鍵。近期,美國能源部(U.S. Department of Energy,DOE)普林斯頓電漿物理實驗室(Princeton Plasma Physics Laboratory,PPPL)的科學家在研究核融合時,發現一種新形態的電流。這個發現不僅有助於核融合的發展,也提供科學界對基礎物理的新洞見,為研究打下新的根基。研究團隊將論文發表在《Physics of Plasmas》期刊上。

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靜電波帶動粒子移動,進而產生電流

核融合是輕元素融合成重元素的過程,需要在極高溫的狀態下反應;此時,粒子會以電漿的形態存在。研究團隊發現,在核融合的過程中,托卡馬克(Tokamak,一種透過磁場約束電漿以實現核融合的設備)內產生一種新型態的電流。深入研究後發現,當托卡馬克內有特定的靜電波(electrostatic wave)時,就會產生這種電流。

普林斯頓電漿物理學專案研究生,論文第一作者 Ian Ochs 比喻,這些靜電波會推動某些帶電粒子,很像是拿衝浪板在海浪上衝浪,而要產生這種電流,波的頻率是關鍵。當頻率高時,波會讓某些電子向前移動,另一些向後移動,最後兩者抵消,沒有電流產生;當頻率低時,波會將電子往前推,並把原子核向後推,產生電流。

研究團隊發現,離子聲波(ion acoustic wave,電漿中離子和電子的一種縱向震盪,類似聲波)會推動帶電粒子,產生電流的現象。

科研意義:挑戰過往觀點,建立新的研究基礎

關於該發現對科研的意義,Ochs 表示,這種電流與傳統的物理認知不同,這個發現能讓我們更了解基本物理。此外,這個發現也能從實驗室尺度拓展到宇宙尺度;Ochs 認為,宇宙中有很多磁場,可以大到星系等級,這個發現也有助於人類認識宇宙磁場。

而天體物理學教授、副系主任暨電漿物理專案主任,論文共同作者 Nathaniel Fisch 表示,這個發現挑戰過往的物理學觀點,甚至建立新的研究根基;此研究所建立的數學模型與物理概念,有助於近一步研究波與電漿的互動關係。

參考資料

Physics of Plasmas》、《PhysOrg

(本文提供合作夥伴轉載;首圖來源:Wikimedia Commons

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