日研究团队实验证明聚变等离子体波动可驱动粒子向内输运

2026年8月3日，东京大学(The University of Tokyo)与日本国立自然科学研究机构国家聚变科学研究所(National Institute for Fusion Science, NIFS)研究团队发布成果称，研究人员在实验中直接观测到，偶极磁场约束下高温等离子体中的低频电场波动能够将粒子输送至等离子体中心区域。

由磁悬浮偶极子实验装置RT-1(环形阱1)产生的等离子体

RT-1 装置的整体视图(东京大学柏校区)

该研究利用东京大学的磁悬浮偶极子实验装置环形阱1(RT-1)开展。RT-1通过悬浮超导线圈产生类似地球、木星磁层结构的偶极磁场，在真空室内形成高温等离子体。研究团队采用可同时高时间分辨率测量电场微小波动和电子密度波动的方法，分析二者之间的相关性，确认约1千赫兹的低频波动会驱动粒子通量穿越磁面并向强磁场的中心区域移动。

由高 β 结构自组织过程中产生的低频波动驱动的向内运输

通常情况下，等离子体波动常被认为会增强粒子逃逸、降低约束性能。但在偶极磁场构型中，理论长期预测波动可能参与等离子体结构形成，使粒子向中心聚集，并促进高压、高β等离子体的自组织。此次实验结果为这一机制提供了直接证据。

研究还发现，向内粒子输运主要出现在高压等离子体结构受到暂时破坏后、重新形成高压结构的过程中;当等离子体进入充分形成的稳定状态后，这类输运几乎消失。这表明相关波动并非单纯扰乱等离子体，而是在高压结构恢复和维持过程中发挥作用。

偶极磁场法被视为不同于托卡马克的先进磁约束路径之一。研究团队认为，这一结果有助于深化对偶极磁场等离子体自组织机制的认识，并可为下一代聚变等离子体约束方案研究提供实验依据。由于该磁场结构与行星磁层相似，相关成果也可能帮助理解地球、木星等行星磁层中的粒子输运现象。

该成果已发表于《核聚变》(Nuclear Fusion)，论文题为《偶极磁场构型边缘区域低频电场波动引起的向内粒子通量》。研究得到日本内阁府“登月型研究开发制度”目标10相关项目及国家聚变科学研究所合作研究项目支持。