几十年来，研究人员一直在探索在地球上复制自然发生在太阳和其他恒星中的物理融合过程的方法。由于自身强大的引力场的限制，太阳燃烧的等离子体是一个由聚散粒子组成的球体，产生热和光，使地球上的生命成为可能。但是，创建一座商业上可行的聚变反应堆的道路充满了挑战，该反应堆将为世界提供几乎永无止境的清洁能源。

研究人员将注意力集中在托卡马克上，这是一种能在甜甜圈形状的燃烧室中加热和限制湍流等离子体燃料的装置，足够长的时间来产生聚变。由于等离子体对磁场的响应，环面被包裹在磁铁中，磁铁引导等离子体粒子围绕着环形腔，远离壁。托卡马克只能在短脉冲中维持这些反应。为了成为一种实用的能源，他们需要在一个稳定的状态下，日以继夜地工作。

麻省理工学院等离子体科学与聚变中心(PSFC)的研究人员现在已经演示了如何利用微波来克服稳态托卡马克操作的障碍。在麻省理工学院的AlcatorC-Mod托卡马克实验中，研究科学家SeungGyouBaek和他的同事研究了一种驱动电流的方法来加热称为低混合电流驱动(LHCD)的等离子体。该技术通过向托卡马克发射微波产生等离子体电流，将电子推向一个方向-这是稳态运行的先决条件。

此外，Alcator磁体的强度使得研究人员能够在等离子体密度高到足以与聚变堆。他们的实验的令人鼓舞的结果已经发表在物理评论信.

开创性LHCD

“传统的托卡马克运行方式使用一个中央螺线管来感应驱动电流，”Baek说，他指的是充满环面中心的磁线圈。但这在本质上限制了托卡马克脉冲的持续时间，进而限制了将托卡马克放大为稳态动力反应堆的能力。

Baek和他的同事相信LHCD是解决这个问题的方法。

麻省理工学院的科学家们从20世纪70年代开始就率先开发了LHCD，使用了一系列以体积小和磁场高而闻名的“阿尔卡托”托卡马克(Alcator)。在AlcatorC-MOD上，LHCD对低密度下的驱动电流是有效的，表明等离子体电流是非感应的。然而，研究人员发现，当他们将这些实验中的密度提高到稳态运行所需的更高水平时，LHCD产生等离子体电流的效果就消失了。

研究科学家格雷戈里·华莱士(GregoryWallace)首次对AlcatorC-Mod进行了研究。

白克解释说：“他测量的跌落速度比预期的要快得多，这是理论上没有预测的。”“在过去的十年里，人们一直在努力理解这一点，因为除非这个问题得到解决，否则你就不能真正在反应堆中使用它。”

研究人员需要找到提高效率和克服LHCD密度限制的方法。要找到答案，就需要仔细检查低杂波(LH)对托卡马克环境的反应。

低杂波通过将它们的动量和能量传递给等离子体中的电子来驱动等离子体电流。

PSFC物理理论和计算部门的负责人，资深研究科学家PaulBonoli将这一过程与冲浪进行了比较。

“你在一个冲浪板上，你有一个波浪经过。波诺利说：“如果你只是坐在那里，波浪就会从你身边掠过。”“但是如果你开始划船，并且接近波浪的速度，波浪就会把你抱起来，开始把能量转移到冲浪板上。”嗯，如果你注入无线电波，像LH波，它们以接近粒子速度的速度在等离子体中运动，波开始把它们的能量传递给这些粒子。“

今天的托卡马克(包括C-MOD)的温度不足以为波提供良好的匹配条件，使其在第一次从天线发射波到核心等离子体时将其所有动量传递给等离子体粒子。因此，研究人员注意到，注入的微波通过等离子体的核心和更远的地方传播，最终与边缘发生多次相互作用，在边缘能量消耗，特别是当密度很高时。

Baek将此边缘描述为等离子体主核外的边界区域，为了控制等离子体，研究人员可以通过偏滤器排出-或“刮掉”-热量、粒子和杂质。这个边缘有湍流，在更高的密度下，它与注入的微波相互作用，散射它们，并消耗它们的能量。

“剥落层是一个非常薄的区域。在过去，射频科学家并没有真正

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