近日，美国物理学家成功解开托卡马克内部粒子分布不均的谜团，为聚变反应堆设计提供关键指导。研究人员发现，等离子体旋转与跨场漂移共同作用，解释了实验中观察到的奇特模式。

托卡马克是一种环形聚变装置，内部超热等离子体被磁场约束。部分粒子会逃逸到偏滤器排气系统，但实验显示撞击内部目标的粒子远多于外部，这种不均匀分布影响未来反应堆设计。以往模型主要考虑跨场漂移，但未能完全匹配实验结果。

新研究使用SOLPS-ITER建模代码，模拟了加州DIII-D托卡马克的等离子体行为。结果表明，只有当模拟同时包含等离子体旋转和跨场漂移时，才能与测量数据一致。研究发表在《物理评论快报》上，强调了这两种效应的协同作用。

美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室的副研究物理学家Eric Emdee表示：“等离子体中的流动有两个组成部分。一个是跨场流动，即粒子横向漂移穿越磁力线；另一个是平行流动，即粒子沿着这些磁力线运动。许多人认为跨场流动造成了不对称性。这篇论文表明，由旋转核心驱动的平行流动同样重要。”

模拟显示，加入核心旋转速度每秒88.4公里后，模型重现了粒子不均匀分布。旋转等离子体核心与边缘行为的联系，对于预测未来反应堆中排气粒子运动至关重要，有助于设计更耐用的偏滤器。

这项研究由美国能源部聚变能源科学办公室支持，使用了DIII-D国家聚变设施。团队包括PPPL、麻省理工学院和北卡罗来纳州立大学的研究人员，成果将推动聚变能源技术发展。

出版详情：作者：Princeton University；标题：《Physicists just solved a strange fusion mystery that stumped experts》；发表于：《Physical Review Letters》(2025)；期刊信息: Physical Review Letters