巨大的电磁铁中心螺线管是ITER托卡马克的中心。它既能发动等离子体电流，又能驱动和刻画等离子体。图片来自：ITER

  在国际上最大的试验性聚变反应堆正在法国建造国际热核聚变试验堆（ITER），“中止”，即忽然停止高温等离子体的磁束缚，是一个悬而未决的重大问题。作为应对之策，中止缓解技能，即当检测到等离子体不稳定的痕迹时能够强制冷却等离子体的技能，是全球范围内一个密布研讨的课题。

  现在，来自日本国立量子科学技能研讨院（QST）和日本国家自然科学研讨所（NINS）国立聚变科学研讨所（NIFS）的一组研讨人员发现，经过向氢冰颗粒中增加约5%的氖，能够使等离子体在其外表以下更深化地冷却，比注入纯氢冰颗粒更有用。

  运用NIFS具有的大型螺旋设备的先进确诊的理论模型和试验丈量，研讨人员阐明晰在冰颗粒周围构成的密布等离子体的动力学，确认了成功增强强制冷却体系功能的物理机制，这关于在ITER上进行试验是不可或缺的。研讨成果有助于树立未来核聚变反应堆的等离子体操控技能。相关研讨1月6日发表于《物理谈论快报》。

  ITER的试验需求让氢同位素等离子体保持在1亿度以上的“焚烧状况”来发生500兆瓦的聚变能。试验的一个首要妨碍是“中止”现象用于约束等离子体的磁场结构因为磁流体力学的不稳定性而溃散。中止会导致高温等离子体流入容器的内外表，导致结构损坏，然后或许会引起试验进展的推迟和更高的本钱。虽然ITER的设备和操作条件经过精心规划，以避免中止，但不确认性任旧存在，许多试验需求专用的设备维护战略作为保证。

  一个潜在的解决方案是选用“中止减缓”技能，该技能在检测到或许会引起中止的第一个不稳定痕迹时会强制冷却等离子体，然后避免对面向等离子体的资料组件的损坏。

  作为一个根本战略，研讨人员正在开发一种办法，运用在低于10开尔文的温度下冻住的氢冰粒团，将其注入高温等离子体中。注入的冰遭到周围高温等离子体的加热，从外表消融，蒸腾电离，在冰周围构成一层低温高密度等离子体（以下简称“等离子体粒团”）。这种低温高密度等离子体与主等离子体混合，主等离子体的温度在此进程中下降。

  但在最近的试验中，科学家发现，在运用纯氢冰颗粒时，等离子体粒团在与方针等离子体混合之前就被喷发出去了，使其无法将高温等离子体冷却到地表以下更深的当地。

  这种喷发是因为等离子体粒团的高压所造成的。定性地说，被约束在甜甜圈形的磁场中的等离子体倾向于按压力的份额向外胀大。而等离子体粒团是由氢冰的消融和电离构成的，温度很低，但密度很高。因为温度平衡比密度平衡快得多，等离子体粒团的压力会上升到高于热方针等离子体的压力。其成果是，等离子体粒团变得极化并在磁场中进行漂移运动，使它在能够彻底与方针热等离子体混合之前向外传达。

  科学家经过理论剖析提出了对这一问题的解决方案：模型核算猜测经过将少数氖混合到氢中，等离子体粒团的压力能够更好的下降。氖在约20开尔文的温度下结冰，并在等离子体中发生激烈的线辐射。如果在注入前将氖与氢冰混合，能够将部分热能以光子能量的方式散射出去。

  为了证明运用氢氖混合物的效果，科学家在坐落日本的大型螺旋设备（LHD）中进行了一系列试验。多年来，LHD一直在高可靠性地运转一个名为“固体氢丸注入器”的设备，该设备能以1100米/秒的速度注入直径约3毫米的冰丸。该体系的高可靠性保证了科学家以毫秒级时刻精度向等离子体中注入氢冰，并在注入的冰消融后丈量等离子体的温度和密度。

  最近，运用新式激光技能的LHD体系完成了汤姆逊散射（TS）20 kHz的国际最高时刻分辨率。运用这一体系，研讨小组捕捉到了等离子体粒团的进化进程。他们发现，正如理论核算所猜测的那样，当氢冰掺杂约5%的氖时，等离子体粒团抛射被按捺，与注入纯氢冰的状况构成鲜明对比。试验还证明氖在等离子体的有用冷却中起着有利的效果。

  研讨初次标明，向高温等离子体中注入掺有少数氖的氢冰颗粒，可经过按捺等离子体类抛射有用冷却等离子体的深核区域。研讨者表明，氖掺杂效应不仅是一种风趣的新试验现象，还支撑了ITER中止减缓基线战略的开展。ITER中止缓解体系的规划评定方案于2023年进行，现在的成果将有利于进步体系的功能。

  纯氢和氢氖混合物的等离子体粒团行为。在试验中，以前所未有的20千赫速度运转的汤姆逊散射确诊体系被用于在等离子体穿过观测区域时丈量其密度，并确认其方位，这验证了理论猜测。图片来自：美国国家核聚变科学研讨所