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托卡马克能够更好地维持等离子体的高温和稳定

来源:中国金州网 作者:admin 时间:2018-07-08 09:28

  在一个新的被称为“空间天气”的研究领域中,等离子体物理所扮演的角色与流体力学在地面大气环境下所起的作用类似。我将大部分精力都投入到了对磁重联的研究,即等离子体中的磁场线可被撕裂也可被重新连接,从而导致能量的快速释放。这一过程被认为是太阳的一系列爆发事件(比如太阳耀斑)背后的动力,不过对此,我们仍缺乏详细的理解。未来,我们或许可以采用预测城市恶劣天气的方法,来预测太阳风暴。
 
  追溯时空的过往,我希望等离子体物理学能为恒星、星系和星系团的最初形成提供新的见解。根据宇宙学标准模型,等离子体在宇宙早期几乎无处不在;之后当一切都开始冷却,带电的电子和质子结合在一起形成了电中性的氢原子。这种状态一直持续到第一批恒星和黑洞形成并开始释放辐射,这时宇宙被“再电离”,回到大部分都为等离子体的状态。
 
  最后,等离子体有助于我们解释那些在宇宙最远处观测到的一些极为壮观的现象。就拿遥远的黑洞来说,我们对这种密度极其致密、即使光也无法从中逃脱的大质量天体几乎无法进行直接观察。然而,通常来说黑洞外有一圈旋转的等离子体物质盘,它们在黑洞的引力下绕其旋转,并发射可在X射线波段中观测到的高能光子,为我们揭示了这种极端环境中的某些信息。
 
  于我而言,从认为物质的类型只有固体、液体和气体开始到现在,我经历了一段激动人心的旅程。看起来,等离子体仍颇具奇异性,但当我们学着去开拓它们的潜力以及拓宽我们对宇宙的视野时,或许有一天,我们会觉得它们就如同冰和水一样普通。而且如果一旦我们实现了受控核聚变,等离子体或许将成为我们生活中不可或缺的东西。与此同时,苏联的科学家正在研发一种不同的装置,名为“托卡马克”。这台由物理学家 Andrei Sakharov 和 Igor Tamm 设计的机器利用强大的磁场,将热等离子体变成甜甜圈的形状。托卡马克能够更好地维持等离子体的高温和稳定,直到今天,大多数聚变研究项目都是依赖于托卡马克的设计。为了实现这一目标,中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国已经联合起来,要共同建立一个世界上最大的托卡马克反应堆,这一计划预计能在 2025 年建成。不过近年来,科学家对仿星器的热情也再次被点燃,最大规模的一次始于 2015 年的德国。从两条不同的路径进行探索,或许是实现聚变的最优策略。
 
  此外,来自太阳上层大气产生的超高速太阳风,会将等离子体携带到地球周围,因此等离子体也与地球周围空间里的物理纠缠在一起。幸运的是,地球的磁场能使我们远离这些带电的等离子体粒子以及来自太阳风辐射的伤害;但我们的卫星、航天器和宇航员却都暴露在外。要让它们能在这种充满敌意的环境中生存,还需依赖于我们对等离子体的理解和调节。
 
  

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