託卡馬克內部聚變能的概念圖，這是一種為聚變能產生等離子體的甜甜圈形機器。
新的研究表明，通常由電離層閃電產生的神秘，幽靈般的“哨聲波”可以保護核聚變反應堆免於逃離電子。
這些哨聲波自然在電離層高地上被發現，電離層是地球表面以上50至600英里（80至1000公里）的地球大氣層。當大氣層爆發閃電並在北半球和南半球之間傳播電磁波脈衝時，會形成這些幽靈般的哨聲波。這些波在穿過地球時會發生頻率變化，當信號從光轉換為音頻時，它們聽起來像哨聲。
根據最近4月11日發表在“物理評論快報”雜誌上的一項研究，現在這些哨聲波已經在託卡馬克內部的熱等離子體中發現，它是發生核聚變反應的甜甜圈形機器。
因為哨聲波可以散射和阻礙高速電子，這給了研究人員一種新方法來防止失控電子損壞託卡馬克內部。
核融合力量
在為太陽和恆星提供動力的核聚變反應中，原子撞擊在一起，融化成更大的原子，同時釋放能量。幾十年來，研究人員一直試圖利用託卡馬克內部強大的磁場環繞熱甜甜圈形狀的熱等離子體雲，製造地球上的聚變能量。
在託卡馬克內部，電場可以更快，更快地推動電子。但是，當這些高速電子穿過等離子體時，電子會被加速。通常，移動通過氣體或液體的物體會感覺到隨著速度而阻力增加。例如，駕駛汽車越快，遇到的風阻就越大。但在等離子體中，阻力隨速度降低，這使電子加速到接近光速，從而損壞託卡馬克裝置。
田納西州橡樹嶺國家實驗室的物理學家Don Spong說，研究人員已經有一些技術來緩解逃亡現象。他們可以使用人工智能算法來監測和調整等離子體的密度，以防止電子加速過快。如果仍然存在失控，它們可以注入冷凍的粒料氖進入等離子體，這增加了等離子體密度，從而減緩逃逸電子。
但哨聲波可能是遏制失控電子的另一種方式。“我們理想地希望避免中斷和逃亡，”Spong說。“但是如果它們發生，我們希望有多種工具可用於處理它們。”
停止逃跑
在聖地亞哥DIII-D國家融合設施的託卡馬克，Spong的研究小組首次發現哨音波是由失控電子產生的。
他解釋說，等離子體就像一塊帶有許多振動模式的果凍。如果某些失控電子的速度合適，他們會激發共振並觸發哨聲波—類似於以恰當的速度駕駛舊車可能導致儀表板振動。
Spong說：“我們想要做的是對這個過程進行逆向工程，並將這些波放在等離子體的外面，以分散逃亡。”
通過更好地瞭解高速電子如何創造口哨者，研究人員希望他們能夠扭轉這一過程 - 使用外部天線生成哨聲波以分散電子並防止它們變得過快。
研究人員仍然需要進一步探索高速電子和哨聲波之間的關係，Spong說，例如，通過確定哪些頻率和波長最適合抑制逃亡，並研究聚變反應堆所需密度更高的等離子體會發生什麼。
當然，抑制失控電子只是從核聚變中創造清潔能源的一個障礙。目前，聚變反應堆需要更多的能量來加熱等離子體，而不是融合產生的能量。為了達到平衡點，研究人員還必須弄清楚如何讓等離子漿保持高溫而不需要加熱。
但Spong對於聚變能源持樂觀態度。“我相信它是可以實現的。”
2025年，法國南部的ITER項目將開始實驗。科學家希望它能成為第一臺能產生比用於加熱等離子體更多能量的聚變機器。計劃到2050年，幾個團體實現淨正向聚變能。麻省理工學院與一家名為Commonwealth Fusion Systems的公司之間的新合作宣佈，雙方希望在15年內將核聚變應用於電網。
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