模拟显示了通过等离子体振荡对聚变能量的离子加热

一个由聚变科学家组成的研究小组成功地证明了离子可以被高能粒子驱动的等离子体振荡加热。这已通过使用新开发的混合模拟程序进行大规模模拟得到证实，该程序将等离子体振荡，高能粒子和离子的计算联系起来。该研究将加速等离子体自热的研究，以实现聚变能。

所述融合在高温等离子体氘离子和氚离子之间的反应将在未来聚变反应堆一起使用。由聚变反应产生的高能α粒子将其能量提供给等离子体，并且该等离子体自加热保持了聚变反应所需的高温条件。然而，我们存在的问题是燃料离子的加热很弱，因为高能粒子通过与电子的碰撞将大部分能量提供给电子。为了提高离子加热速率，建议通过由高能粒子驱动的等离子体振荡来加热离子。但是，这种离子加热机制尚未得到证实。

国家自然科学研究院(NINS)国家融合科学研究所(NIFS)助理教授王浩和Yasushi Todo教授的研究小组利用计算机模拟研究了等离子体振荡的离子加热。

Todo教授之前开发了一种计算机程序，可以同时模拟整个等离子体的状态，它被视为流体，以及等离子体中高能粒子的运动。该程序，因为它链接和计算流体和粒子，被称为混合模拟程序。它使我们能够研究等离子体振荡和高能粒子之间的相互作用。该计划在融合科学家中得到高度评价，目前正在进行一些使用该计划的模拟研究。

然而，为了研究由高能粒子驱动的等离子体振荡的离子加热，有必要扩展混合模拟程序以模拟受等离子体振荡影响的离子运动。研究小组成功开发了一种新的混合模拟程序，通过计算等离子体中的离子作为粒子，并将等离子体振荡，高能粒子和离子的三种计算联系起来。使用新的混合仿真程序，他们在超级计算机上对大型螺旋装置(LHD)中产生的等离子体进行了大规模模拟。(在LHD上，我们利用等离子体内的高能氢粒子来研究由高能粒子驱动的等离子体振荡。)新的混合模拟清楚地表明，离子从高能粒子激发的等离子体振荡中获得能量。这表明通过使用等离子体振荡可以增加自加热等离子体中的离子加热速率。

因此，研究团队首次通过等离子体振荡证明了离子加热。在此研究结果的基础上，加快了实现聚变能的自热等离子体的研究。

该研究结果发表于Wang等人。“ 2019年8月在核聚变中模拟高能粒子驱动的测地声学模式和大型螺旋装置等离子体中的能量通道” 。