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单个等离子体在仿星器和托卡马克装置中的运动差异 第一段视频展示了在仿星器内部一个“快速”氢离子(在本例中为质子)的运动轨迹。一个被中性粒子注入(NBI)射入真空室以给等离子体加热的质子——的运动轨迹。我们可以看到它完整的绕行轨道:质子在等离子体外那对豆形截面之间来回被磁场反射(这些截面在画面中不可见),反弹的周期和位置并不规则。许多次反弹叠加起来出现的逆时针整体移动就是所谓的极向漂移(poloidal drift)。由于粒子还存在沿半径方向向外的漂移,最终它会撞上第一壁——在视频里是一块钢板。 第二段视频把视角放在托卡马克 ASDEX Upgrade中,展示了两个“快离子”(这里是氘核)的轨迹。它们一开始通过中性束注入(NBI)被射入真空室,用来给等离子体加热。视频中看到的不是粒子绕圈的细小螺旋,而是“回旋中心”(gyrocenter)的运动——把快速的回旋运动平均掉后留下的轨迹。第一个粒子是“穿越”粒子(passing),几乎沿着磁力线通行;第二个是被“困”住的粒子(trapped),在截面上看起来像一条香蕉轨迹,因此也称为“香蕉粒子”。为什么会有这两种不同的运动?在托卡马克中靠向大半径(接近圆环内侧、也就是甜甜圈孔那边)磁场会变强。粒子的回旋运动让它能“感受到”一定范围内的磁场强度,由注入时的速度方向等条件决定一个最大可达到的等效磁场值。如果这个最大值比等离子体中实际出现的磁场都还要大,粒子就不会被镜面反射,它能沿磁力线穿过去——也就是穿越粒子;反之如果等离子体里的磁场在某处超过了这个阈值,粒子就会在那儿反射回来,被束缚在一段轨道里,形成香蕉状的往返运动。被困粒子的存在会显著改变整体等离子体的动力学和输运特性,因此对这种粒子的理解对聚变装置运行很重要。#科技 #核聚变 #可控核聚变 #科学 #托卡马克装置
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