秦宏教授等提出磁約束等離子體演化新理論

2020-11-25 中國科大..

最近，中國科學技術大學近代物理系秦宏教授等提出了一個磁約束等離子體演化的新理論，並發表在Physical Review Letters期刊上 (PRL 109, 235001, 2012)。

 

宇宙中可見物質90%以上是以磁化等離子體的形式存在的。同時，磁約束等離子體是人類在地球上實現取之不竭的聚變能源的主要方法，如在東方超環(EAST)和國際熱核聚變實驗堆(ITER)中，聚變燃料就處在磁化等離子體的狀態。通過天體觀測和聚變等離子體實驗，科學家們發現磁化等離子體的演化會趨向一種被稱為沃傑－泰勒態 (Woltjer-Taylor State)的特殊馳豫態。這個馳豫態最早由著名的天體物理學家錢德拉(Chandrasekhar)等人提出，但對其成因一直沒有找滿意的理論解釋。上世紀七十年代，泰勒 (Taylor)猜想等離子體的馳豫過程是由短波長結構擾動所主導，並據此通過有約束的變分方法建立了現在流行的泰勒馳豫理論。然而，近期的實驗觀測和數值模擬證實泰勒的猜想是不成立的。 

 

 

 

秦宏教授提出的這個新理論拋棄了不符合實驗觀測和數值模擬結果的泰勒猜想,採用了一種非變分的理論方法，預言磁約束等離子體通過一般的任意尺度的演化過程都會趨向於沃傑－泰勒態，使得磁流體的馳豫過程理論得以完備。這一新理論的提出對於我們了解天體等離子體的演化以及實現聚變能源都有重要的意義。目前，中國科學技術大學在國家磁約束聚變能源專項的支持下正在設計建造科大反場箍縮(KTX)裝置，其主要的科學目標之一就是從實驗上進一步檢驗這個磁約束等離子體演化的新理論。

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