Of we nu de kern van onze zon bestuderen of de binnenkant van een fusiereactor, wetenschappers moeten bepalen hoe energie in plasma stroomt. Wetenschappers gebruiken simulaties om de stroom te berekenen. De simulaties steunen op het klassieke thermische transportmodel. Ondanks meer dan 50 jaar onderzoek, vaak is een ad hoc multiplier vereist. Zonder het, de simulatie komt niet overeen met waarnemingen in de echte wereld. Nutsvoorzieningen, een team bedacht een manier om de energiestroom te meten en bepaalde waarom de modellen de multiplier nodig hebben. Verder, Dankzij de nieuwe aanpak van het team kunnen ze simulaties kwantitatief testen.

Uit de metingen van het team blijkt dat de meest geavanceerde modellen de warmtestroom voor alle geteste omstandigheden te veel voorspellen. Nutsvoorzieningen, onderzoekers kunnen thermische transportmodellen verder ontwikkelen. Ook, ze kunnen gemakkelijker modellen bestuderen en definitief testen.

Op diverse gebieden van de plasmafysica, waaronder astrofysica, inertiële opsluiting fusie, en magnetohydrodynamica, klassiek thermisch transport (bijv. Spitzer-Harm en Brajinskii) vormt de basis voor het berekenen van de warmteflux (energiestroom). Ondanks meer dan 50 jaar onderzoek, een ad-hocmultiplier is vaak vereist om rekening te houden met afwijkende fysica (bijvoorbeeld niet-lokale effecten, turbulentie, of instabiliteiten) en om wereldwijde experimentele waarnemingen te evenaren. Gemotiveerd door de noodzaak om dit onderwerp kwantitatief aan te pakken, dit onderzoek ontwikkelde een nieuwe collectieve Thomson-verstrooiingstechniek die rechtstreeks veranderingen in de elektronenverdelingsfunctie als gevolg van warmteflux [R.J. Henchen et al., Fysieke beoordelingsbrieven (2018)]. Met behulp van deze techniek, de validiteit van de klassieke transporttheorie wanneer het gemiddelde vrije pad van elektron-ionen voldoende korter is dan de schaallengte van de elektronentemperatuur en de afbraak ervan in het niet-lokale transportregime voor het eerst werd aangetoond. In de regimes waar de klassieke theorie faalt, elektronendistributiefuncties consistent met niet-lokaal thermisch transport werden bepaald met behulp van het gemeten collectieve Thomson-verstrooiingsspectrum en verschaffen nu een kwantitatieve experimentele dataset voor directe vergelijking met niet-lokale modellen [R.J. Henchen et al., Fysica van plasma's (2019)].

Dit onderzoek wordt niet alleen gebruikt om de modellering van thermisch transport te testen, maar ook heeft het nieuwe concept een krachtige weg geopend voor het meten van elektronendistributiefuncties. De erkenning dat het volledige collectieve Thomson-verstrooiingsspectrum kan worden gebruikt om willekeurige elektronendistributiefuncties te meten, heeft recente metingen mogelijk gemaakt die het samenspel tussen laser-plasma-interacties en hydrodynamica hebben geïsoleerd. Recente metingen hebben nu aangetoond dat lasers in inertiële opsluitingsfusie-experimenten routinematig niet-Maxwelliaanse elektronendistributiefuncties aansturen en dat deze distributiefuncties direct van invloed zijn op laser-plasma-instabiliteiten. Het opnemen van deze gemeten niet-Maxwelliaanse elektronendistributiefuncties is vereist in de laser-plasma-instabiliteitsmodellen om overeen te komen met de gemeten dwarsstraal-energieoverdracht. Dit zou aanzienlijke gevolgen kunnen hebben voor de huidige fusie-experimenten met indirecte aandrijving, waar momenteel ad-hocvermenigvuldigers nodig zijn in de cross-beam energieoverdrachtmodellering die is opgebouwd rond Maxwelliaanse distributiefuncties. Het opnemen van niet-Maxwelliaanse elektronendistributiefuncties lijkt de noodzaak voor deze vermenigvuldigers te elimineren. Wetenschappers verwachten dat het opnemen van de bevindingen van dit onderzoek in de modellering zal leiden tot meer voorspellende simulaties van fusie-experimenten met indirecte aandrijving bij de National Ignition Facility.