近日，中山大学中法核工程与技术学院核聚变与等离子体研究团队在弱磁化等离子体自组织过程研究中取得突破性进展。相关成果以“Three-Dimensional Helical-Rotating Plasma Structures in Beam-Generated Partially Magnetized Plasmas”为题，在线发表于国际著名期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。

图1 弱磁化电子束等离子体中三维螺旋结构的形成过程

该团队研究发现，轴向磁场约束下等离子体可自发形成一种全新三维螺旋形旋转结构，揭示了其演化特性与形成机制，为已有实验观测提供了全新分析角度。

弱磁化等离子体的自组织现象是等离子体物理研究的关键科学问题。此前研究认为此类等离子体主要形成二维角向辐条型结构，而该团队通过系统研究电子束电离产生的弱磁化等离子体特性，发现其可自发发展为集体三维螺旋状旋转模式。研究指出，这种三维螺旋结构的自组织过程主要由剪切效应激发的Diocotron不稳定性引起。团队进一步建立了解析模型，并开展了初步实验验证工作，揭示了弱磁化等离子体中角向结构的新模式及其物理机制。此研究对弱磁化电子束等离子体在刻蚀、材料表面改性、电推力器等领域的应用具有重要意义。

据悉，中法核工程与技术学院陈坚副教授为论文第一作者及共同通讯作者，王志斌教授和余羿副教授为共同通讯作者，普林斯顿大学Andrew T. Powis博士和Igor D. Kaganovich教授为合作作者。该研究工作获国家自然科学基金、广东省自然科学基金和国家重点研发计划资助支持。