跳动城乡网要利用等离子体的能量，需要精确了解其在聚变过程中的行为，以保持等离子体的热度、密度和稳定性。有关等离子体边缘(可能变得不稳定和凸起)的新理论模型使商用聚变能源的前景更接近现实。
“该模型完善了对不同形状的托卡马克稳定等离子体边缘的思路，”PPPL的研究员物理学家JasonParisi说道。Parisi是描述该模型的三篇文章的主要作者，这些文章发表在《核聚变》和《等离子体物理学》杂志上。主要论文重点关注等离子体的边缘部分，称为基座。基座容易不稳定，因为等离子体的温度和压力通常会在这个区域急剧下降。
新模型之所以引人注目，是因为它是第一个与美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)国家球形环面实验(NSTX)中观察到的基座行为相匹配的模型。虽然传统托卡马克的形状像甜甜圈，但NSTX是几个形状更像去核苹果的托卡马克之一。托卡马克比例的差异会影响等离子体，正如模型所示，还会影响基座。
不断膨胀的不稳定性
帕里西与一组科学家一起探索了基座的极限，并研究了在不稳定性出现之前可以对聚变反应堆内的等离子体施加多大的压力。特别是，他们研究了基座中的破坏现象，称为膨胀不稳定性：等离子体凸起突出，就像挤压长气球时的末端一样。
帕里西说：“该模型是人们在该领域使用了大约10年的模型的延伸，但我们使气球稳定性计算更加复杂。”
为了开发他们的模型，科学家们研究了基座测量值(高度和宽度)与膨胀不稳定性之间的关系。帕里西说，新模型第一次尝试就成功了。“我对它的效果感到惊讶。我们试图打破模型以确保其准确性，但它与数据非常吻合，”他说。
扩展EPED模型
现有的模型被称为EPED，已知它适用于环形托卡马克，但不适用于球形托卡马克。“我们决定试一试，只需改变EPED的一部分，它现在就能很好地工作了，”Parisi说。结果还让研究人员更清楚地了解了这两种托卡马克设计之间的对比。
他说：“苹果形托卡马克和标准形托卡马克的稳定边界之间肯定存在很大差异，我们的模型现在可以在一定程度上解释这种差异存在的原因。”这一发现有助于最大限度地减少等离子体破坏。
托卡马克旨在增强等离子体的压力和温度，但不稳定性可能会阻碍这些努力。例如，如果等离子体膨胀并接触到反应堆壁，随着时间的推移，它可能会侵蚀壁面。
不稳定性还会将能量从等离子体中辐射出去。了解不稳定性发生前基座的陡峭程度可以帮助研究人员找到基于托卡马克比例优化聚变反应等离子体的方法。
他补充说，虽然目前还不清楚哪种形状更有利，但该模型建议进行其他实验，尝试利用苹果形状的积极方面，看看它们能带来多少好处。
从根本上来说，新模型增强了我们对基座的理解，并使科学家们更接近实现设计一个发电量大于消耗量的聚变反应堆的更大目标。
等离子体形状和基座测量
Parisi在该系列中的第二篇论文探讨了EPED模型与不同等离子体形状的基座高度和宽度的匹配程度。
“核心聚变压力以及因此产生的功率对基座高度非常敏感。因此，如果我们要探索未来聚变装置的不同形状，我们肯定要确保我们的预测是正确的，”他说。
帕里西从NSTX实验放电的旧数据入手，然后修改了等离子体的边缘形状。他发现改变形状对基座的宽高比有很大影响。此外，帕里西发现，某些形状可能导致几种可能的基座——特别是在像NSTX及其后代(目前正在升级)NSTX-U这样的托卡马克中。这将使那些运行聚变发射的人可以选择陡峭或浅的基座。
“当人们提出这些基座模型时，他们试图预测基座的宽度和高度，因为这会极大地改变核聚变产生的功率，我们希望准确无误，”帕里西说。“但目前模型的构建方式只考虑了等离子体的稳定性。”
供暖、供油和基座
加热和燃料是其他重要因素，也是Parisi的第三篇论文探讨的因素。具体来说，Parisi研究了某些基座，并确定了在特定等离子体形状下实现该形状所需的加热和燃料量。例如，陡峭的基座通常比浅基座需要更多的加热。
论文还考虑了相邻粒子以不同的流速移动时产生的剪切流如何影响基座的高度和宽度。NSTX过去的实验发现，当容器内部的一部分涂有锂并且流动剪切很强时，基座会比没有添加锂时宽三到四倍。
“它似乎能够让基座继续增长，”帕里西说。“如果你能在托卡马克中得到全是基座的等离子体，并且梯度非常陡峭，你就会得到非常高的核心压力和非常高的聚变功率。”
了解获得稳定、高功率等离子体所涉及的变量，使研究人员更接近将核聚变能商业化的最终目标。
“这三篇论文对于理解球形托卡马克的物理原理以及等离子体压力如何形成这种结构非常重要，这种结构在边缘急剧增加，并在核心保持高压。如果我们不了解这个过程，我们就无法自信地预测未来的设备，而这项工作对实现这种信心大有帮助，”NSTX-U研究副主任、论文合著者JackBerkery说。
