據外媒報道，對于努力在地球上獲取聚變能源的科學家來說，一個關鍵的挑戰是防止所謂的“逃逸電子”(runaway electrons)，即在中斷的聚變實驗中釋放出的粒子。由美國能源部(DOE)普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)的研究人員領導的 科學家們使用了一種具有廣泛功能的新型診斷儀來檢測高能“逃逸電子”的誕生、線性和指數增長階段，這可能使研究人員確定如何防止“逃逸電子”的破壞。

PPPL物理學家Luis Delgado-Aparicio說：“我們需要看到這些電子的初始能量，而不是當它們完全變強并以接近光速的速度移動時，”他領導了在威斯康星大學麥迪遜分校MST(Madison Symmetric Torus)實驗室中檢測早期“逃逸電子”的實驗。Delgado-Aparicio說：“下一步是優化方法，在失控的電子群發展成‘雪崩’之前阻止它們，”他是第一篇論文的主要作者，該論文在《科學儀器評論》上詳細介紹了這些發現。

聚變反應通過結合等離子體形式的輕元素產生大量的能量--等離子體是由自由電子和原子核組成的熱的、帶電的物質狀態，構成了可見宇宙的99%。 世界各地的科學家正在尋求在地球上生產和控制核聚變，以獲得幾乎取之不盡、用之不竭的安全和清潔的發電動力。

PPPL與威斯康星大學合作，在MST上安裝了多能量針孔相機，MST是該相機功能的測試平臺。該診斷儀升級并重新設計了PPPL之前在麻省理工學院(MIT)現已關閉的Alcator C-Mod托卡馬克上安裝的相機，其獨特之處在于不僅能夠記錄等離子體在時間和空間上的特性，還能記錄其能量分布。

這種能力使研究人員能夠描述超熱等離子體的演變以及“逃逸電子”的誕生，而“逃逸電子”是從低能量開始的。Delgado-Aparicio表示：“如果我們了解能量含量，我可以告訴你什么是背景等離子體的密度和溫度，以及逃逸電子的數量。因此，通過添加這個新的能量變量，我們可以找出等離子體的幾個數量，并將其作為一種診斷方法。”

科學家使用新型相機推動了技術的發展。“這當然是一個偉大的科學合作，”物理學家Carey Forest說，他是威斯康星大學的教授，負責監督MST，他將其描述為 “一個非常強大的機器，可以產生逃逸電子，不會危及其運行”。

因此，Forest說：“Luis不僅能夠診斷出電子被加速時的出生位置和最初的線性增長階段，而且還能跟蹤它們如何從外部運入，這種能力非常迷人。將他的診斷與建模進行比較將是下一步，當然，更好的理解可能會在未來帶來新的緩解技術。”

Delgado-Aparicio表示：“我想利用我們在MST上開發的所有專業知識，并將其應用于大型托卡馬克聚變反應堆。”

“我想和我的博士后一起做的是將相機用于很多不同的事情，包括粒子傳輸、約束、射頻加熱，還有這個新的轉折點，對失控電子的診斷和研究，”Delgado-Aparicio說。“我們基本上想弄清楚如何讓電子‘軟著陸’，這可能是處理電子的一種非常安全的方式。”

關鍵詞： 科學家 地球 聚變能源 電子原子