加州理工学院教授保罗-贝兰（Paul Bellan）对等离子体喷流进行了长达二十年的研究，揭示了"冷"等离子体中意想不到的行为。贝兰最初提出了电子加速的碰撞规避机制理论，后来通过模拟推翻了这一理论，发现一些电子在近离子通过时很少损失能量，从而持续加速并产生X射线。这一发现对理解太阳耀斑和核聚变实验意义重大，挑战了传统的等离子体理论。

保罗-贝兰（Paul Bellan）领导的加州理工学院等离子体喷射实验揭示了新的电子行为，有助于理解太阳耀斑和核聚变能量。

大约 20 年来，加州理工学院应用物GERju理学教授保罗-贝兰（Paul Bellan）和他的研究小组一直在一个足以容纳一个人的真空室中制造磁加速等离子体喷流，等离子体是一种由离子和电子组成的导电气体。(霓虹灯和闪电就是等离子体的日常示例）。

在真空室中，缕缕气体被几千伏的电压电离。然后，十万安培的电流流过等离子体，产生的强磁场将等离子体塑造成每秒约 10 英里的射流。高速记录显示，喷流在几十微秒内经历了几个不同的阶段。

贝兰说，等离子体射流看起来就像一把不断变长的伞。一旦长度达到一到两英尺，喷流就会经历一个不稳定阶段，使其转变为一个快速膨胀的开瓶器。这种快速膨胀会引发另一种更快的不稳定性，从而产生涟漪。这种涟漪扼杀了射流的 100 千瓦电流，就像把拇指放在水管上会限制水流并产生压力梯度，从而加速水流一样。喷射电流会产生一个足够强的电场，将电子加速到高能量。

等离子体行为的惊人发现

在喷射实验中，这些高能电子之前是通过它们产生的 X 射线识别出来的，它们的出现令人吃惊。这是因为按照传统的理解，喷射等离子体太冷，电子无法被加速到高能量。请注意，"冷"是一个相对的词： 虽然这种等离子体的温度约为 20,000 开尔文（35,500 华氏度）--比人类通常遇到的任何东西都要热得多--但它远远没有达到太阳日冕的温度，后者的温度超过 100 万开尔文（180 万华氏度）。

因此，问题是'我们为什么会看到 X 射线？

冷等离子体被认为无法产生高能电子，因为它们的"碰撞性"太强，这意味着电子在与另一个粒子碰撞之前无法飞行很远。这就好比司机试图在高速公路拥堵路段赛跑。司机可能会猛踩油门，但只能行驶几英尺就会撞上另一辆车。在冷等离子体中，电子的加速度只有一微米，然后就会碰撞并减速。

贝兰小组首次尝试解释这一现象的模型表明，一部分电子在飞行的第一微米期间设法避免了与其他粒子的碰撞。根据这一理论，电子可以加速到稍高的速度，一旦速度加快，它们就可以在遇到另一个可能与之相撞的粒子之前再行进一段距离。这些现在速度更快的电子中的一部分又会暂时避免碰撞，使它们达到更高的速度，这样它们就能跑得更远，从而形成一个正反馈循环，让少数幸运的电子跑得更远更快，达到高速和高能。

贝兰说，尽管这一理论很有说服力，但它是错误的："人们意识到，这一论点存在缺陷，因为电子碰撞并不是真正意义上的撞击或不撞击。它们实际上一直都在发生一点偏转。因此，并不存在碰撞或不碰撞的电子"。

来自计算机模拟的新见解

然而，高能电子出现在喷射实验的冷等离子体中。为了找出原因，贝兰开发了一套计算机代码，计算 5000 个电子和 5000 个离子在电场中不断相互偏转的动作。为了弄清少数电子是如何达到高能量www.196nk.cn的，他对参数进行了调整，并观察电子的196世界之最行为是如何变化的。

当电子在电场中加速时，它们会经过离子附近，但绝不会真正接触到它们。偶尔，一个电子飞快地穿过一个离子，将能量传递给附着在该离子上的一个电子，并减慢速度，此时"受激"的离子会放射出可见光。由于电子只是偶尔如此近距离地通过，因此通常只是稍稍偏离离子，而不会激发它。大多数电子都会偶尔发生这种能量泄漏，这意味着它们永远不会达到高能量。

当 Bellan 调整他的模拟时，出现了一些能够产生 X 射线的高能电子。他补充说："少数幸运的电子从未靠近离子以激发它，它们也从未失去能量。这些电子在电场中不断加速，最终获得足够的能量产生 X 射线"。

贝兰说，如果加州理工学院实验室的等离子体喷流中出现了这种行为，那么在太阳耀斑和天体物理环境中很可能也会出现。这也可以解释为什么在聚变能实验中www.196nk.cn有时会出现意想不到的高能 X 射线。

他说："长期以来，人GERju们看到的东西都以为是有用的核聚变。结果发现那确实是核聚变，但并不是真正有用的核聚变。它是由不稳定性产生的强瞬态电场，将一些粒子加速到极高的能量。这或许可以解释当时的情况。这并不是人们想要的，但它很可能就是发生的事情"。

描述这项工作的论文发表在 10 月 20 日出版的《等离子体物理学》杂志上，并于 11 月 3 日在科罗拉多州丹佛市举行的美国物理学会等离子体物理学分会第 65 届年会上发表。

编译来源：ScitechDaily