據(jù)外媒報(bào)道，對于努力在地球上獲取聚變能源的科學(xué)家來說，一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是防止所謂的“逃逸電子”(runaway electrons)，即在中斷的聚變實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室(PPPL)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的 科學(xué)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(shù)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(xué)家Luis Delgado-Aparicio說：“我們需要看到這些電子的初始能量，而不是當(dāng)它們完全變強(qiáng)并以接近光速的速度移動(dòng)時(shí)，”他領(lǐng)導(dǎo)了在威斯康星大學(xué)麥迪遜分校MST(Madison Symmetric Torus)實(shí)驗(yàn)室中檢測早期“逃逸電子”的實(shí)驗(yàn)。Delgado-Aparicio說：“下一步是優(yōu)化方法，在失控的電子群發(fā)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(xué)儀器評論》上詳細(xì)介紹了這些發(fā)現(xiàn)。

聚變反應(yīng)通過結(jié)合等離子體形式的輕元素產(chǎn)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(zhì)狀態(tài)，構(gòu)成了可見宇宙的99%。 世界各地的科學(xué)家正在尋求在地球上生產(chǎn)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(fā)電動(dòng)力。

PPPL與威斯康星大學(xué)合作，在MST上安裝了多能量針孔相機(jī)，MST是該相機(jī)功能的測試平臺。該診斷儀升級并重新設(shè)計(jì)了PPPL之前在麻省理工學(xué)院(MIT)現(xiàn)已關(guān)閉的Alcator C-Mod托卡馬克上安裝的相機(jī)，其獨(dú)特之處在于不僅能夠記錄等離子體在時(shí)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(shù)量。因此，通過添加這個(gè)新的能量變量，我們可以找出等離子體的幾個(gè)數(shù)量，并將其作為一種診斷方法。”

科學(xué)家使用新型相機(jī)推動(dòng)了技術(shù)的發(fā)展。“這當(dāng)然是一個(gè)偉大的科學(xué)合作，”物理學(xué)家Carey Forest說，他是威斯康星大學(xué)的教授，負(fù)責(zé)監(jiān)督MST，他將其描述為 “一個(gè)非常強(qiáng)大的機(jī)器，可以產(chǎn)生逃逸電子，不會危及其運(yùn)行”。

因此，F(xiàn)orest說：“Luis不僅能夠診斷出電子被加速時(shí)的出生位置和最初的線性增長階段，而且還能跟蹤它們?nèi)绾螐耐獠窟\(yùn)入，這種能力非常迷人。將他的診斷與建模進(jìn)行比較將是下一步，當(dāng)然，更好的理解可能會在未來帶來新的緩解技術(shù)。”

Delgado-Aparicio表示：“我想利用我們在MST上開發(fā)的所有專業(yè)知識，并將其應(yīng)用于大型托卡馬克聚變反應(yīng)堆。”

“我想和我的博士后一起做的是將相機(jī)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(gè)新的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，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(guān)鍵詞： 科學(xué)家 地球 聚變能源 電子原子