當(dāng)環(huán)形電磁鐵呈線性排列時(shí)，它們能產(chǎn)生類似于管子的磁場(chǎng)，兩端各有一個(gè)圓錐體——這種結(jié)構(gòu)能將進(jìn)入其中一個(gè)圓錐體的帶電粒子沿著它們靠近的路徑擊退。

自20世紀(jì)50年代以來(lái)，這些被稱為“磁鏡”的裝置被認(rèn)為是一種相對(duì)簡(jiǎn)單限制等離子體的方法，但也被證明具有內(nèi)在的泄漏性。西北師范大學(xué)段文山和中國(guó)科學(xué)院楊磊領(lǐng)導(dǎo)的物理學(xué)家，在EPJ D上發(fā)表的一項(xiàng)研究表明：

如果滿足特定條件，這些等離子體泄漏可以被最小化。利用計(jì)算機(jī)模擬，物理學(xué)家們分析了磁鏡內(nèi)高能質(zhì)子等離子體束的動(dòng)態(tài)特性，并對(duì)模擬設(shè)置進(jìn)行了微調(diào)，以最大限度地限制其約束。首先，段文山、楊磊和同事改變了“鏡比”——鏡比的定義是鏡中最強(qiáng)磁場(chǎng)(在每個(gè)錐的頂端)除以最弱磁場(chǎng)(在管的表面)。發(fā)現(xiàn)，使用微調(diào)電磁鐵結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)更高的鏡像比，這與更長(zhǎng)的約束時(shí)間和更低的損耗率直接相關(guān)。

其次，還發(fā)現(xiàn)，等離子體束本身的初始條件，包括密度、溫度、速度和軌跡，都有重要的影響。當(dāng)這些特性都得到優(yōu)化時(shí)，模擬高能光束在鏡中以緊密的螺旋形運(yùn)動(dòng)，確保了最大的約束。其研究發(fā)現(xiàn)，可以解決數(shù)十年來(lái)等離子體約束時(shí)間短、磁鏡損耗率高的問(wèn)題。這將使它們成為吸引人的新粒子物理實(shí)驗(yàn)的理想材料，包括反氫原子和電子正電子等離子體的產(chǎn)生和限制，以及高能反質(zhì)子的減速。

利用粒子胞內(nèi)模擬方法，研究了磁鏡中質(zhì)子束的約束問(wèn)題。同時(shí)定義了兩個(gè)物理量來(lái)描述質(zhì)子束鏡的約束效應(yīng)，一個(gè)是損失率，泄露粒子的數(shù)量，另一種是τm被約束時(shí)間，給出了磁鏡和質(zhì)子束參數(shù)對(duì)損耗率和約束時(shí)間的依賴關(guān)系。研究結(jié)果表明，反射鏡比越大，損耗越小，約束時(shí)間越長(zhǎng)。適當(dāng)?shù)馁|(zhì)子束速度和質(zhì)子其他參數(shù)可以顯著提高鏡面的約束時(shí)間和約束效率。

博科園｜研究/來(lái)自：Springer

參考期刊《歐洲物理D》

DOI: 10.1140/epjd/e2019-90587-0

博科園｜科學(xué)、科技、科研、科普