近日，中山大學(xué)中法核工程與技術(shù)學(xué)院核聚變與等離子體研究團(tuán)隊(duì)在弱磁化等離子體自組織過程研究中取得突破性進(jìn)展。相關(guān)成果以“Three-Dimensional Helical-Rotating Plasma Structures in Beam-Generated Partially Magnetized Plasmas”為題，在線發(fā)表于國際著名期刊《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)上。

圖1 弱磁化電子束等離子體中三維螺旋結(jié)構(gòu)的形成過程

該團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，軸向磁場約束下等離子體可自發(fā)形成一種全新三維螺旋形旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，揭示了其演化特性與形成機(jī)制，為已有實(shí)驗(yàn)觀測提供了全新分析角度。

弱磁化等離子體的自組織現(xiàn)象是等離子體物理研究的關(guān)鍵科學(xué)問題。此前研究認(rèn)為此類等離子體主要形成二維角向輻條型結(jié)構(gòu)，而該團(tuán)隊(duì)通過系統(tǒng)研究電子束電離產(chǎn)生的弱磁化等離子體特性，發(fā)現(xiàn)其可自發(fā)發(fā)展為集體三維螺旋狀旋轉(zhuǎn)模式。研究指出，這種三維螺旋結(jié)構(gòu)的自組織過程主要由剪切效應(yīng)激發(fā)的Diocotron不穩(wěn)定性引起。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步建立了解析模型，并開展了初步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作，揭示了弱磁化等離子體中角向結(jié)構(gòu)的新模式及其物理機(jī)制。此研究對(duì)弱磁化電子束等離子體在刻蝕、材料表面改性、電推力器等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

據(jù)悉，中法核工程與技術(shù)學(xué)院陳堅(jiān)副教授為論文第一作者及共同通訊作者，王志斌教授和余羿副教授為共同通訊作者，普林斯頓大學(xué)Andrew T. Powis博士和Igor D. Kaganovich教授為合作作者。該研究工作獲國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助支持。