在燃烧的等离子体中，维持聚变产生的高能离子的限制对于产生能量至关重要。这些聚变等离子体拥有多种电磁波，可以将高能离子推出等离子体。

这减少了聚变反应产物对等离子体的加热并结束了燃烧的等离子体状态。DIII-D 国家聚变设施最近的测量提供了对托卡马克中高能离子在空间和能量中移动的首次直接观测。

研究人员将这些测量结果与电磁波及其与高能离子相互作用的先进计算机模型结合起来。这些结果加深了人们对聚变等离子体中等离子体波与高能离子之间相互作用的理解。

等离子体物理和聚变研究正在从实验设施转向示范电厂设计。为了使这一举措取得成功，研究人员需要准确的模拟和其他工具来预测发电厂设计的表现。目前大多数设施不产生燃烧等离子体。

然而，研究人员了解许多相关的物理学，并正在开发模拟来重现观察到的实验行为。当前的研究对 DIII-D 托卡马克中的高能离子流进行了新的测量。这将加速解释所有相关波离子相互作用动力学的模型的开发。这种加深的理解也使得相空间工程的应用成为可能。

研究人员可以利用这一过程，根据预测的波和离子之间的理想相互作用来设计新的聚变等离子体场景。值得注意的是，这些相互作用也会损害卫星，因此这项研究可能有助于提高卫星的可靠性。

能源部用户设施 DIII-D 国家聚变设施的研究人员使用新诊断系统成像中性粒子分析仪 (INPA) 的首次测量结果来观察托卡马克装置中高能离子的流动。

经过多年概念化、设计和构建 INPA 的努力，现在首次提供了观察这种行为的能力。通过中性束注入托卡马克后，高能离子与电磁等离子体波相互作用，并以能量和位置流过托卡马克。模拟再现了观察到的行为，从而证明了第一原理模型在描述基础物理方面的准确性。

加深对这些波粒相互作用的理解与聚变发电厂的设计和理解在外层空间观察到的等离子体的行为有关。

INPA 测量中性束注入的高能离子的能量，这些离子的能量大于背景等离子体的能量，从热等离子体核心到冷等离子体边缘的时间和空间位置，离子可能会在冷等离子体边缘丢失。

结合对电磁波频谱和与高能离子相互作用进行建模的先进高性能计算模拟，这些实验提供了对聚变等离子体中等离子体波与高能离子之间相互作用的最详细的了解。

这种加深的理解还使研究人员能够应用相空间工程，在这一过程中，他们根据预测的波和离子之间的理想相互作用来设计新的聚变等离子体场景。这些类型的相互作用发生在外太空。

例如，电磁离子回旋加速器 (EMIC) 波导致电子流经空间和能量。在某些情况下，电子被加速，导致卫星出现故障。通过聚变等离子体研究加深对波粒共振相互作用过程的理解，有助于对外太空等离子体的模拟，从而提高未来卫星任务的可靠性。

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