核融合被認為是人類能源取得領域的下一個重大突破，但建造能夠持續發電的反應器一直是巨大的技術難題。其中最大的挑戰之一是等離子體——一種超高溫的物質狀態，它是粒子碰撞並釋放能量的必要條件。如何約束等離子體並維持其極端溫度是至關重要的一步，也是多年來一直困擾著研究人員的難題。如今，日本國立聚變科學研究所（NIFS）聲稱取得了突破性進展，使我們能夠了解核融合反應中等離子體的運動規律。
就像飛機上的氣流湍流一樣，聚變反應器中的等離子體也存在湍流。理想情況下，等離子體中的熱量應該均勻擴散，從反應器中心向外圍區域傳遞。然而，由於湍流的存在，熱量也會以相當隨機的方式擴散到其他區域。 NIFS 的研究團隊首次詳細闡述了等離子體湍流的輸送和連接作用。當氣體被加熱並轉化為等離子體時，輸送湍流會將熱量從中心逐漸輸送到邊緣。而連接等離子體湍流則可以在大約萬分之一秒的時間內將反應爐內的整個等離子體連接起來。
研究人員還注意到，施加的熱量與這種連接等離子體行為的影響之間存在反比關係。簡而言之，加熱時間越短，連接等離子體湍流越強，熱量傳播速度就越快。這些觀察結果是在大型螺旋裝置（LHD）中實現的，這標誌著科學家首次透過實驗證實了等離子體在聚變反應器中的「熱載體」和「熱連接器」作用。
為什麼這很重要？
高溫是核融合反應的關鍵所在。等離子加熱到攝氏1億度，必須藉助超導磁體來維持此溫度。如果等離子體接觸到反應爐壁，就會立即冷卻。簡而言之，約束等離子體並維持其溫度至關重要。而等離子體湍流會破壞這一切。據美國國家核科學研究所（NISF）的專家稱，湍流會「將熱量向外帶走，從而削弱約束」。就在一年多前，美國能源部也強調了等離子體溫度波動的重要性。該機構描述了溫度梯度如何導致等離子體島的形成，而這些等離子體島會「破壞」磁場。由此可見，必須正確理解等離子體的熱行為。而這正是NISF 最新突破的意義。
現在，研究團隊對等離子體中的熱量傳播有了更深入的了解，他們能夠解釋連接器和載體湍流帶來的變化。更重要的是，他們現在了解了加熱時間如何影響這種行為。這為科學家提供了至關重要的見解，有助於更準確地預測等離子體中的溫度變化，並據此開發熱控制方法。更好地控制等離子體溫度和加熱是實現可控穩定核融合的基礎。
研究團隊在發表於《通訊物理》期刊的一篇論文中寫道：「這項研究首次為長期以來人們假設的介質傳遞路徑提供了明確的實驗證據，驗證了等離子體物理學中的關鍵理論預測。」該團隊表示，他們的發現將有助於更有效地預測和控制聚變反應器中的熱傳播，並且他們目前正在開發一種能夠更有效地控制等離子體湍流的方法。
