在聚变装置等离子体中 陡峭的离子温度梯度减缓了磁岛的生长

未来的核聚变发电厂将需要良好的等离子体约束来维持反应并产生能量。限制等离子体进行核聚变反应的一种方法是使用托卡马克装置，这是一种将磁场施加到“瓶状”等离子体上的装置。然而，磁岛(等离子体中的一种不稳定性)如果增长到足够大，就会破坏约束磁场。

DIII-D 国家聚变设施的研究人员发现，与平坦的电子温度分布相反，离子温度分布在岛屿间呈现出急剧变化。这项研究发表在《物理评论快报》上。

磁岛是等离子体中的不稳定性，它们会不断增长直至失去约束，而这种突然释放的能量可能会损坏托卡马克的内壁。众所周知，磁岛内的电子温度分布会变平，这种变化支持磁岛的增长，但磁岛中的离子温度从未被测量过。

近期在 DIII-D 国家聚变设施托卡马克上开展的工作首次测量了该参数。结果表明，磁岛中心的离子温度呈现出陡峭的梯度。

为了理解这一梯度，一个国际研究小组进行了一系列模拟。离子温度的急剧变化可以用简化的漂移动力学新古典撕裂模式 (NTM) 模拟来解释。研究人员发现，在岛内，离子会形成“漂移岛”结构，这些结构会从岛内移出，从而恢复离子温度。这些结果将用于岛屿不稳定的物理模型，并有助于约束漂移动力学磁岛起始模型，这将为 ITER 和聚变发电厂设计提供关键信息。

这项关于磁岛的研究提供了有关磁岛如何影响等离子体稳定性的见解。研究人员预计，磁岛大到足以导致托卡马克装置(如 ITER、目前正在法国建设的国际实验)和未来的聚变发电厂失去约束。因此，研究人员需要对磁岛引起的不稳定进行精确建模和预测。

这一认识将有助于研究人员开发避免孤岛现象的聚变装置运行条件。它还将有助于改进等离子体建模和未来装置的设计。