托卡马克使用强大的磁场来限制1 亿度的等离子体并产生聚变反应。由这些等离子体中固有的湍流引起的磁场波动被认为通过导致粒子和热量从等离子体损失到反应堆壁来减少聚变能的产生。这些损失会降低反应堆的性能，因此了解和控制磁波动对于未来的聚变反应堆很重要。然而，在小范围内准确测量等离子体中的磁湍流一直是一项重大挑战。到目前为止，研究人员使用位于等离子体外部的磁探针测量离开等离子体区域的波。这项新研究开发了一种新型光探针，它使用通过等离子体传输时会发生变化的偏振特性。该探测器详细揭示了小规模磁湍流的存在。
影响
聚变科学家需要更好地了解物理学来设计未来的聚变反应堆。通过测量高温等离子体内部的磁波动，科学家可以验证他们用来设计反应堆并预测其性能的基于物理的模型。这项工作首次展示了光探针作为内部检测聚变等离子体中磁波动的一种方式。实验观察已确定波动源于理论上预测的微撕裂模式 (MTM) 不稳定性，这是一种小规模的磁场扰动，可以改变等离子体中的热量和粒子的流动，导致能量损失增加。
概括
几十年来，等离子体研究人员的目标是局部测量托科马克内部等离子体中的磁湍流。DIII-D国家聚变设施的科学家已经展示了实现这一目标的新技术，并首次提供了理论上预测的 MTM 不稳定性的详细测量值。波动或湍流的小规模磁场可以与其他波动场相互作用，例如温度或密度。这会导致增强的颗粒和热量损失，从而对融合性能产生不利影响。然而，这些相同的波动也会改变通过它们的光波的特性。这使得光波成为直接观察和测量磁湍流而不干扰等离子体的有用工具。这种方法使科学家能够直接探测温度可达 1 亿摄氏度的等离子体，并检测磁场中非常小的变化。科学家们正在使用这些结果来验证正在开发的基于物理的模拟，以更好地了解托卡马克限制。这项工作还将有助于指导研究人员改进支持聚变能发展的反应堆设计。
资金
这项研究得到了能源部 (DOE) 科学办公室、聚变能源科学办公室的支持。它使用了 DIII-D 国家聚变设施，这是美国能源部科学办公室的用户设施。
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