高科技的聚變設施就像一個保溫瓶–兩者都儘可能地保持其內容物的溫度。核聚變設施將被稱為等離子體的帶電氣體限制在比太陽熱10倍的溫度下，保持高溫對激發核聚變反應至關重要，科學家們試圖利用核聚變反應來創造一種清潔、豐富的能源來發電。現在，美國能源部（DOE）普林斯頓等離子體物理國家實驗室（PPPL）的研究人員已經對模擬等離子體中熱量運動的方程式進行了簡單的修改。這些變化提高了洞察力，可以幫助工程師避免在未來的核聚變設施中可能導致熱損失的條件。
聚變是驅動太陽和恆星的動力，它以等離子體的形式結合了輕元素–由自由電子和原子核組成的熱的、帶電的物質狀態–產生大量的能量。科學家們正在尋求在地球上複製核聚變，以獲得幾乎取之不盡的電力供應。
“整個磁約束核聚變方法基本上可以歸結為用磁場將等離子體固定在一起，然後通過保持熱量的限制使其儘可能熱，”普林斯頓等離子體物理項目的研究生、《物理評論E》上一篇報告結果的論文的主要作者Suying Jin說，“為了實現這一目標，我們必須從根本上了解熱量如何在系統中移動。”
研究人員表示，科學家們一直在使用一種分析技術，假設電子之間的熱量流動基本上不受較大的離子之間的熱量影響。但是他們發現，這兩種熱的途徑實際上是相互作用的，可以深刻地影響測量結果的解釋方式。通過允許這種互動，科學家可以更準確地測量電子和離子的溫度。他們還可以從另一個途徑的信息中推斷出關於一個途徑的信息。
研究人員說：“這一點令人激動的是，它不需要不同的設備。你可以做同樣的實驗，然後用這個新模型從同樣的數據中提取更多的信息。”
研究人員在早期對磁島的研究中對熱流產生了興趣，磁島是由旋轉的磁場形成的等離子體泡狀結構。對這些花束的建模取決於對熱流的準確測量。“然後我們注意到其他人在過去如何測量熱流方面的差距，” Jin說。“他們計算了熱的運動，假設它只通過一個通道移動。他們沒有考慮到這兩個通道之間的相互作用，而這兩個通道影響了熱量如何在等離子體系統中移動。這一遺漏既導致了對一個物種數據的錯誤解釋，也錯過了進一步了解通過兩個物種的熱流的機會。”
Jin的新模型提供了以前沒有的全新見解。“測量電子熱傳輸通常比測量離子熱傳輸更容易，”PPPL物理學家Allan Reiman說，他是論文的共同作者。“這些發現可以以比預期更容易的方式給我們提供一個重要的拼圖。”
普林斯頓大學天體物理學教授、論文共同作者Nat Fisch說：“即使是電子和離子之間的最小耦合也能深刻地改變熱量在等離子體中的傳播方式，這一點非常了不起。這種敏感性現在可以被利用來為我們的測量提供信息。”
新的模型將被用於未來的研究中。“我們正在考慮在不久的將來提出另一個實驗，這個模型將給我們一些額外的旋鈕來理解結果，”Reiman說。“有了Jin的模型，我們的推斷將更加準確。我們現在知道如何提取我們需要的額外信息。”