近日，加州大学圣地亚哥分校的研究人员发表了一种新的理论模型，为核聚变研究中已知的差异提供了可能的解释。

这项研究的重点是等离子体边界，这是一个复杂且对维持聚变反应至关重要的区域。(图示) 加州大学圣地亚哥分校

该研究由物理学家曹明云和帕特里克·戴蒙德撰写，聚焦于托卡马克这一用于产生受控聚变能的主要设备，解决了其发展过程中的一个长期问题。研究人员指出：“边缘核心耦合的动力学对于磁约束聚变等离子体的优化至关重要。”

研究重点在于等离子体边界的物理特性，这一复杂区域对维持聚变反应至关重要。在聚变研究中，托卡马克装置利用磁场限制温度高达数百万华氏度的等离子体，科学家通过复杂的计算机模拟来预测等离子体行为。然而，这些模拟一直无法完全解释在等离子体边缘观察到的湍流层的宽度，这一问题被称为“短缺问题”，给预测模型带来了不确定性。准确了解等离子体边缘对于维持聚变条件、保护反应堆内部组件免受高温影响意义重大，模拟和实验结果之间的差异也一直是持续研究的课题。

加州大学圣地亚哥分校的研究重新审视了等离子体外边界发生的过程。该边界并非静态，会经历梯度弛豫事件，等离子体边缘会碎裂成不同结构，包括向外移动、密度增强的细丝(称为“斑点”)和向内移动、密度降低的结构(称为“空隙”)。过去研究多集中在这些团块上，因其向反应堆壁的运动是更直接、易观察的相互作用，而向内移动的空隙作用鲜为人知。研究指出：“自早期提出以来，人们一直猜测，从边界向内传播湍流是激发边缘核心耦合区域的一种可能方式。”

曹和戴蒙德依据第一性原理开发了一种新模型，将空隙视为连贯的粒子状实体，以分析其对等离子体的影响。研究人员强调：“这一过程的详细机制一直是个谜，直到最近的实验观察到，有规律的、强烈的梯度松弛事件在非常接近最后一个闭合通量表面的地方产生了斑点空隙对。”

该模型表明，当空隙从较冷的等离子体边缘向较热的核心移动时，穿过等离子体陡峭的温度和密度梯度会产生等离子体漂移波，这些漂移波会转移能量和动量，进而产生额外的局部湍流。根据研究小组的计算，这种新发现的机制可能是实验中看到但在早期模型中缺失的额外湍流的原因。