在燃烧的等离子体中，保持聚变产生的高能离子的束缚对于产生能量至关重要。这些聚变等离子体承载着各种各样的电磁波，可以将高能离子从等离子体中推出。
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首次直接观测了托卡马克中高能离子在空间和能量中移动。
研究人员将这些测量结果与电磁波的先进计算机模型以及它们如何与高能离子相互作用相结合。这些结果为人们更好地理解了聚变等离子体中等离子体波和高能离子之间的相互作用。
等离子体物理和聚变研究正在从实验设施转向示范发电厂设计。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性能。目前的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。目前的研究对DIII-D托卡马克中的高能离子流进行了新的测量。这将加速考虑所有相关波离子相互作用动力学的模型的开发。这种更好的理解也允许相空间工程的应用。
研究人员可以使用这个过程，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它们的可靠性。
美国能源部下属的DIII-D国家聚变设施的研究人员使用一种新的诊断系统成像中性粒子分析仪的首次测量结果来观察托卡马克中高能离子的流动。
经过多年的构思、设计和建造INPA的努力，现在已经提供了有史以来第一个观察这种行为的能力。高能离子通过中性光束注入托卡马克后，与电磁等离子体波相互作用，并在能量和位置上流过托卡马克。仿真再现了观察到的行为，从而证明了第一性原理模型在描述基础物理场方面的准确性。
更好地了解这些波粒相互作用与聚变发电厂的设计以及了解在外层空间观察到的等离子体的行为有关。
INPA测量中性束注入高能离子的能量，其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，离子可能会丢失。
这些实验与先进的高性能计算模拟相结合，模拟了电磁波的频谱以及与高能离子的相互作用，为聚变等离子体中等离子体波和高能离子之间的相互作用提供了最详细的理解。
这种更好的理解也使研究人员能够应用相空间工程，在这个过程中，他们根据预测的波和离子之间的理想相互作用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层空间。
例如，电磁离子回旋加速器波使电子流过空间和能量。在某些情况下，电子被加速，以至于它们会导致卫星故障。通过聚变等离子体研究提高对波粒共振相互作用过程的理解，有助于模拟外层空间等离子体，从而提高未来卫星任务的可靠性。
研究结果发布在《核聚变》杂志上。
