揭开核聚变的秘密！科学家将世界上最冷的等离子体困在了一个“磁瓶”中

美国莱斯大学(Rice University)的物理学家们发现了一种方法，可以将世界上最冷的等离子体困在一个“磁瓶”中。这项技术成就将推动清洁能源、空间天气和天体物理学的研究。

使用激光冷却锶，研究人员制造了一个比绝对零度（Absolute Zero）高1度(约-272℃)的等离子体，并利用周围磁铁的力将其短暂地困住。这是超低温等离子体第一次被磁限制，这为在许多环境与场景下研究等离子体打开了一扇门。

等离子体是物质的四种基本状态之一，但与固体、液体和气体不同，等离子体通常不是日常生活的一部分，因为它们往往发生在非常热的地方，如太阳、闪电或蜡烛火焰。

激光冷却（laser-cooling）技术是25年前发展起来的，用来捕捉和减缓物质的光。而在他们的近期研究中，如何用磁铁捕获等离子体是一个关键问题，团队的诊断方法是激光诱导荧光：“我们用激光束照射等离子体中的离子，如果光束的频率恰到好处，离子就会非常有效地散射光子。”

实验中，等离子体的行为也因磁场的作用而变得更加复杂。这也正是他们的等离子体诱捕技术如此有用的原因。

研究证明了在双锥尖或四极磁场的零位置产生的超冷中性等离子体(UCNP)产生了磁约束。最初，UCNP由于电子热压而膨胀。当等离子体遇到较强的电场时，膨胀速度会减慢，密度分布会形成电场。UCNP电子在大部分等离子体上被强烈磁化，而离子磁化仅在边界处显著有效。观察表明，电子和离子主要分别被磁镜像和双极电场所捕获。限制时间接近0.5 ms，而非磁化等离子体耗散的时间尺度为几十微秒。

他们用来装超冷等离子体的四极磁场装置，与20世纪60年代核聚变能源研究人员开发的设计类似。用于核聚变的等离子体需要达到1.5亿℃，而用磁装置来容纳它是一个挑战——部分原因是关于等离子体和磁场如何相互作用和影响的未解问题。要在足够长的时间内保持磁场稳定，才能真正遏制反应。

在未来的工作中，研究人员计划将磁场和激光结合起来，创造出更强大、更多功能的陷阱。

近日，相关成果以“Magnetic Confinement of an Ultracold Neutral Plasma”为题，发表在《物理评论快报》（PHYSICAL REVIEW LETTERS）上。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料：https://scitechdaily.com/bottling-the-worlds-coldest-plasma-to-unlock-the-secrets-of-fusion-power/

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.085002