2020年6月25日
科学家们试图将为太阳和恒星提供动力的聚变过程带到地球的一种方法是，将带电的热等离子体气体捕获在一个扭曲的磁线圈装置中，该装置的形状类似于早餐油锅。但是，这种被称为恒星发生器的装置必须经过精确设计，以防止热量从等离子体核心逸出，从而加速聚变反应离子。
现在，美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的研究人员已经证明，一种先进的计算机代码可以帮助设计更有效地限制基本热量的恒星。
该代码被称为XGC-S，为恒星研究打开了新的大门。“我们研究的主要结果是，我们可以使用该代码来模拟恒星中的早期、线性和湍流等离子体行为。”PPPL物理学家迈克尔·科尔（MichaelCole）说，他是该论文的主要作者，在等离子体物理学. "这意味着我们可以开始确定哪种恒星形状包含热量最好，最有效地维持聚变条件。”
聚变结合了等离子体形式的轻元素——由自由电子和原子核组成的物质的热荷电状态——并在太阳和恒星中产生大量能量。科学家的目标是在地球上的设备中复制聚变，以提供几乎取之不尽的安全和清洁的电力来发电。
PPPL的科学家们模拟了聚变机内部等离子体的行为，聚变机看起来像一个油炸圈饼，但有挤压和变形，使设备更高效，这种形状被称为准轴对称。
研究人员使用了XGC的更新版本，这是PPPL开发的最先进的代码，用于在名为托卡马克的甜甜圈形状的聚变设施中建模湍流，托卡马克具有更简单的几何结构。Cole和他的同事们的修改使得新的XGC-S代码也可以在几何上更复杂的恒星上模拟等离子体。
模拟表明，一种局限于小区域的扰动可以变得复杂，并扩展到等离子体内部更大的空间。结果表明，XGC-S能够比以前更准确地模拟这种类型的恒星等离子体。
“我认为这是恒星湍流研究中一个真正重要进展的开端，”PPPL高级项目部负责人大卫·盖茨说。“它为获得新结果打开了一个大窗口。”
研究结果表明，XGC程序成功修改，模拟了恒星中的湍流。该程序可以计算从等离子体核心到边缘的恒星中的湍流，提供了更完整的等离子体行为图片。
“湍流是导致热从聚变等离子体中泄漏出来的主要机制之一，”科尔说。“因为恒星加速器的形状比托卡马克更为多样，所以我们也许能够找到比托卡马克更好的控制湍流的形状。通过建立大量大型实验来搜索它们太昂贵了，因此我们需要大型模拟来虚拟地搜索它们。”
研究人员计划进一步修改XGC-S，以更清楚地了解湍流如何导致热泄漏。图像越完整，科学家在虚拟领域模拟恒星实验的距离就越近。“一旦你有了精确的代码和功能强大的计算机，改变你正在模拟的恒星设计就很容易了，”科尔说。
研究人员利用美国能源部用户设施——国家能源研究科学计算中心(NERSC)的资源进行了模拟。这项研究得到了美国能源部科学办公室(聚变能源科学)的支持。欧洲杯线上买球
资料来源：https://www.pppl.gov/