近日，原子能院核物理研究所強流粒子束與激光研究室聯合北京大學和北京師范大學，在激光驅動的磁化“開爾文-亥姆霍茲”不穩定性（KHI）研究中取得重要進展。研究成果《外加磁場對多模擾動下激光驅動開爾文-亥姆霍茲不穩定性的影響》在國際知名學術期刊《等離子體物理》（Physics of Plasmas）發表，為激光驅動磁化“開爾文-亥姆霍茲”不穩定性實驗提供理論指導，在可控核聚變前沿研究方面進行了積極探索。原子能院核物理研究所孫偉博士為文章第一作者，該研究工作得到了國家自然科學基金、中國科學院戰略優先研究計劃以及中國科學院重點項目的支持。
“開爾文-亥姆霍茲”不穩定性（KHI），是指在有剪切速度的連續流體內部，或有速度差的兩個不同流體的界面之間發生的不穩定現象。其作為流體和等離子體中的基本物理過程，廣泛存在于卷狀云等自然現象、太陽日珥和地磁層等空間物理現象以及慣性約束聚變等工程領域中。盡管目前已開展了不少與KHI相關的實驗和數值研究，但由于磁化KHI以及其他宏觀流體不穩定性之間的復雜耦合作用，會造成不同燃料層之間發生物質混合和能量耗散，成為現階段慣性約束聚變點火失敗的關鍵因素。因此針對磁化KHI的起源和發展的研究將有助于制定抑制措施，以遏制不穩定性的增長，從而提高慣性約束聚變點火成功概率。
初始模擬設置圖
近年來，隨著強激光以及診斷技術的不斷發展，其逐漸成為開展磁化KHI研究的重要手段。激光驅動的磁化KHI研究在慣性約束聚變、空間物理和天體物理等領域具有重要意義。研究團隊提出了一種通過激光驅動等離子體產生KHI的實驗方案，通過輻射磁流體力學程序對激光驅動的調制靶產生的KHI進行了二維數值模擬，充分研究了外加磁場對多模擾動KHI渦旋演化的影響。
數值模擬表明，水平流向外加磁場可抑制單模KHI渦旋發展和多模KHI渦旋的并合過程，外加磁場對多模擾動KHI的演化具有更加強烈的制穩效果，在25納秒內KHI的平均增長率降低了20%。研究結果可為在強磁環境下利用強激光裝置開展KHI實驗提供理論指導，對慣性約束聚變前沿研究具有重要意義。
不同模式下的電子密度分布
｜科普貼士｜
何為“可控核聚變”？
隨著科技的不斷進步，原子能的利用主要分兩條路徑，分別是核裂變和核聚變。在能源需求方面，人們需要實現能量可控，其中以核裂變為基礎的核電站已經得到充分發展，而可控核聚變尚處于探索階段。
可控核聚變有兩條實現路徑，以激光作為驅動器的慣性約束核聚變是其中之一，由我國科學家王淦昌和蘇聯科學家巴索夫分別于上世紀六十年代獨立提出。其基本思想是用多路高能量密度的激光束對稱聚焦、輻照氘氚靶，將燃料向內壓縮，由于自身慣性，靶材料形成的等離子體還來不及向四周飛散，就被加熱到極高溫度并發生聚變反應。
海水中蘊藏著大約40萬億噸氘，一升水能夠提煉0.03克的氘，其發生聚變反應釋放的能量相當于燃燒300升汽油。1立方公里海水中的氘氚聚變反應所釋放出的能量，就相當于全球石油儲量燃燒的能量。從這個意義上說，聚變能是未來的清潔、高效、安全的終極能源之一。
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