研究表明反转聚变等离子体可提高性能

为了实现商业可行性，聚变发电厂必须创造并维持聚变反应所需的等离子体条件。然而，在高温和密度下，等离子体通常会在这些温度和密度中产生梯度。这些梯度可能会变得不稳定，例如边缘局部模式 (ELM)。

ELM 发生在等离子体边缘，有可能损坏附近的反应堆壁。影响 ELM 的一个特征是等离子体的横截面形状。

研究人员使用术语“等离子体三角形”来描述等离子体形状与椭圆形的偏离程度。大多数研究的等离子体都具有正三角形，这意味着它们具有 D 形横截面，“D”的垂直部分靠近托卡马克的中心柱。

在最近的研究中，科学家研究了负三角形，即垂直部分靠近外壁的相反形状。已知负三角等离子体表现出一定的梯度自调节。通过对DIII-D 国家聚变设施计划数据的广泛分析，研究人员表明，这种形状在各种等离子体条件下本质上不存在不稳定性。该工作发表在《物理评论快报》杂志上。

这项研究表明，负三角等离子体在等离子体边缘区域不存在潜在的破坏性不稳定性，而不会牺牲聚变性能。这表明负三角整形稳定了等离子体边缘的不稳定性。

同时，它实现了未来聚变发电厂所需的燃烧等离子体条件所需的高核心性能和边缘条件。这一结果表明负三角整形可能是聚变发电厂设计的理想方法。

使用 DIII-D 国家聚变设施托卡马克进行的实验探索了使用负三角整形来限制高度不稳定和高能 ELM 的发展。这项工作是负三角性更大合作的一部分，该合作几乎涵盖了美国所有从事核聚变研究的机构。

虽然ELM在与聚变发电厂相关的高性能等离子体条件下很常见，但研究发现负三角整形限制了温度和压力梯度的发展，而温度和压力梯度可以在等离子体边缘生长为ELM。

值得注意的是，具有强负三角性(小于-0.15)的等离子体没有表现出任何不稳定性，即使在通常导致 ELM 的高加热功率和核心性能下也是如此。对代表一系列条件(包括聚变反应堆所需的高核心性能和边缘兼容性)的广泛 DIII-D 数据集的深入分析一致地表明了这种无 ELM 的性质。

这项工作是通过 DIII-D 托卡马克的全面、高保真诊断实现的，建模的改进有助于支持结论，表明在扩大的条件范围内稳定性有所提高。

此外，这种固有的稳定性比使用其他方法实现的 ELM 抑制更加稳健，例如通过谐振磁扰动来抑制 ELM 或在无 ELM 状态下运行。因此，负三角整形有可能限制高能、破坏性的等离子体不稳定性，这是目前聚变发电厂设计中的一个主要挑战。这表明负三角方法值得进一步研究在聚变发电厂设计中的应用。

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