Ya sea estudiando el núcleo de nuestro sol o el interior de un reactor de fusión, los científicos deben determinar cómo fluye la energía en el plasma. Los científicos usan simulaciones para calcular el flujo. Las simulaciones se basan en el modelo clásico de transporte térmico. A pesar de más de 50 años de investigación, A menudo se requiere un multiplicador ad hoc. Sin ello, la simulación no coincide con las observaciones del mundo real. Ahora, un equipo ideó una forma de medir el flujo de energía y determinó por qué los modelos necesitan el multiplicador. Más lejos, El nuevo enfoque del equipo les permite probar simulaciones cuantitativamente.

Las mediciones del equipo muestran que los modelos más sofisticados sobre predicen el flujo de calor para todas las condiciones probadas. Ahora, los investigadores pueden seguir desarrollando modelos de transporte térmico. También, pueden estudiar más fácilmente y probar modelos definitivamente.

En diversos campos de la física del plasma, incluida la astrofísica, fusión por confinamiento inercial, y magnetohidrodinámica, transporte térmico clásico (por ejemplo, Spitzer-Harm y Brajinskii) proporciona la base para calcular el flujo de calor (flujo de energía). A pesar de más de 50 años de investigación, A menudo se requiere un multiplicador ad hoc para tener en cuenta la física anómala (por ejemplo, efectos no locales, turbulencia, o inestabilidades) y para igualar los observables experimentales globales. Motivado por la necesidad de abordar cuantitativamente este tema, Esta investigación desarrolló una novedosa técnica colectiva de dispersión de Thomson que prueba directamente las modificaciones de la función de distribución de electrones que resultan del flujo de calor [R.J. Henchen y col., Cartas de revisión física (2018)]. Usando esta técnica, Se demostró por primera vez la validez de la teoría clásica del transporte cuando el camino libre medio electrón-ión es suficientemente más corto que la longitud de la escala de temperatura del electrón y su ruptura en el régimen de transporte no local. En los regímenes donde la teoría clásica se derrumba, Las funciones de distribución de electrones consistentes con el transporte térmico no local se determinaron utilizando el espectro de dispersión de Thomson colectivo medido y ahora proporcionan un conjunto de datos experimentales cuantitativos para la comparación directa con modelos no locales [R.J. Henchen y col., Física de Plasmas (2019)].

Esta investigación no solo se está utilizando para probar el modelado de transporte térmico, pero también el concepto novedoso ha abierto una vía poderosa para medir las funciones de distribución de electrones. El reconocimiento de que el espectro de dispersión de Thomson colectivo completo puede usarse para medir funciones arbitrarias de distribución de electrones ha permitido mediciones recientes que han aislado la interacción entre las interacciones láser-plasma y la hidrodinámica. Mediciones recientes han demostrado ahora que los láseres en experimentos de fusión por confinamiento inercial controlan rutinariamente funciones de distribución de electrones no maxwellianos y que estas funciones de distribución afectan directamente a las inestabilidades del plasma del láser. La inclusión de estas funciones de distribución de electrones no Maxwelliana medidas es necesaria en los modelos de inestabilidad láser-plasma para que coincida con la transferencia de energía de haz transversal medida. Esto podría tener consecuencias significativas para los experimentos actuales de fusión de impulsión indirecta, donde actualmente se requieren multiplicadores ad hoc en el modelado de transferencia de energía de haz transversal que se construye alrededor de las funciones de distribución de Maxwell. La inclusión de funciones de distribución de electrones no maxwellianas parece eliminar la necesidad de estos multiplicadores. Los científicos esperan que la inclusión de los hallazgos de esta investigación en el modelado conducirá a simulaciones más predictivas de experimentos de fusión de impulsión indirecta en la Instalación Nacional de Ignición.