首次观察到携带等离子体热量的波的过程

在聚变发电中，热等离子体中聚变反应产生的高能粒子必须加热它以维持进一步的聚变反应。等离子体这种自热的关键在于它是否可以被高能粒子产生的波加热。

由井田胜美教授、国立聚变科学研究所小林达也助理教授、吉沼美纪郎、东北大学加藤裕人教授领导的研究小组，测量了国立聚变科学研究所大螺旋装置(LHD)中等离子体速度分布的时间变化，发现电磁波由高能粒子产生的热量通过称为朗道阻尼的过程携带热量。这是世界上第一次观察到这个过程。9月28日，一篇总结这项研究结果的论文发表在《通信物理学》上。

到目前为止，还没有直接测量等离子体内部产生的电磁波引起的等离子体加热过程的方法，因此尚不清楚该过程是否确实存在。为了捕捉它，Ida胜美教授和他的研究小组致力于开发一种新的测量系统。

为了直接测量加热过程，有必要确定速度分布的时间变化，这表示存在哪些速度粒子以及以什么比例存在。为此，他们将高速原子注入等离子体，并使用一种方法从等离子体发射的光的波长分布(高速电荷交换光谱)中高速测量等离子体粒子的速度分布。Ida教授和他的同事们接受了超高速测量的挑战，这被认为是困难的，并成功地在10kHz(每秒10，000次)的超高速下测量了等离子体粒子速度分布的时间变化。

在LHD中，正在进行实验以研究等离子体自热，使用高速粒子束模拟核聚变反应中的高能粒子。在模拟自热的实验中，使用新开发的测量系统来详细测量等离子体粒子速度分布的时间变化。结果，世界上第一次发现等离子体是由于高速粒子束的减慢和等离子体内部电磁波的产生引起的等离子体粒子速度曲线的扭曲而加热的。

发现这种速度曲线失真的原因是高速粒子束的能量通过称为Landau阻尼的过程传递到电磁波，电磁波的能量被传递到等离子体粒子。换句话说，他们观察到电磁波将高速粒子束的能量带到等离子体并加热它。

艾达教授说：“对于聚变发电中等离子体的自加热，高能粒子与等离子体发生碰撞并加热它们是不够的，因此通过其他过程加热也是必要的。这一结果表明，等离子体内部产生的电磁波可以加热它，为聚变研究提供了重要的知识。此外，它将有助于地球磁层的研究，其中粒子加速通过类似的过程发生，并将促进未来的跨学科研究。

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