Seja estudando o núcleo do nosso sol ou o interior de um reator de fusão, os cientistas precisam determinar como a energia flui no plasma. Os cientistas usam simulações para calcular o fluxo. As simulações contam com o modelo clássico de transporte térmico. Apesar de mais de 50 anos de pesquisa, geralmente é necessário um multiplicador ad hoc. Sem isso, a simulação não corresponde às observações do mundo real. Agora, uma equipe desenvolveu uma maneira de medir o fluxo de energia e determinou por que os modelos precisam do multiplicador. Avançar, a nova abordagem da equipe permite que eles testem simulações quantitativamente.

As medições da equipe mostram que os modelos mais sofisticados superestimam o fluxo de calor para todas as condições testadas. Agora, os pesquisadores podem desenvolver ainda mais modelos de transporte térmico. Também, eles podem estudar mais prontamente e testar definitivamente os modelos.

Em diversos campos da física do plasma, incluindo astrofísica, fusão de confinamento inercial, e magnetohidrodinâmica, transporte térmico clássico (por exemplo, Spitzer-Harm e Brajinskii) fornece a base para o cálculo do fluxo de calor (fluxo de energia). Apesar de mais de 50 anos de pesquisa, um multiplicador ad hoc é frequentemente necessário para explicar a física anômala (por exemplo, efeitos não locais, turbulência, ou instabilidades) e para corresponder aos observáveis ​​experimentais globais. Motivado pela necessidade de abordar quantitativamente este tópico, esta pesquisa desenvolveu uma nova técnica coletiva de espalhamento Thomson que investiga diretamente modificações na função de distribuição de elétrons resultante do fluxo de calor [R.J. Henchen et al., Cartas de revisão física (2018)]. Usando esta técnica, a validade da teoria clássica do transporte quando o caminho livre médio do elétron-íon é suficientemente mais curto do que o comprimento da escala de temperatura do elétron e sua quebra no regime de transporte não local foi demonstrada pela primeira vez. Nos regimes em que a teoria clássica falha, As funções de distribuição de elétrons consistentes com o transporte térmico não local foram determinadas usando o espectro coletivo de espalhamento Thomson medido e agora fornecem um conjunto de dados experimentais quantitativos para comparação direta com modelos não locais [R.J. Henchen et al., Física dos Plasmas (2019)].

Esta pesquisa não está apenas sendo usada para testar modelagem de transporte térmico, mas também o novo conceito abriu uma avenida poderosa para medir as funções de distribuição de elétrons. O reconhecimento de que o espectro de espalhamento Thomson coletivo completo pode ser usado para medir funções de distribuição arbitrária de elétrons possibilitou medições recentes que isolaram a interação entre as interações laser-plasma e a hidrodinâmica. Medições recentes demonstraram agora que os lasers em experimentos de fusão por confinamento inercial conduzem rotineiramente funções de distribuição de elétrons não Maxwellianas e que essas funções de distribuição afetam diretamente as instabilidades de plasma a laser. A inclusão dessas funções medidas de distribuição de elétrons não Maxwellianas é necessária nos modelos de instabilidade de plasma a laser para coincidir com a transferência de energia de feixe cruzado medida. Isso pode ter consequências significativas para os atuais experimentos de fusão de acionamento indireto, onde multiplicadores ad hoc são atualmente necessários na modelagem de transferência de energia de feixe cruzado que é construída em torno de funções de distribuição Maxwellianas. Incluir funções de distribuição de elétrons não Maxwellianas parece eliminar a necessidade desses multiplicadores. Os cientistas esperam que a inclusão dos resultados desta pesquisa na modelagem levará a simulações mais preditivas de experimentos de fusão de acionamento indireto na National Ignition Facility.