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宇宙中有99％的已知物質處於電漿狀態，在太空科學、天文物理、磁控核融合研究中常常會觀察到電漿（plasma）亂流現象，像是太陽日冕（solar corona）、太陽風（solar wind）、吸積盤（accretion disk）、磁控核融合電漿亂流加熱等，都是研究人員長年投入但至今仍未解開的謎題。近期，由成功大學太空與電漿科學研究所教授兼任所長河森榮一郎與他教導的碩士生林彧廷所組成的團隊，設計開發出可以量測離子迴旋速度分布函數的探針，成功在實驗室裡量測並驗證電漿亂流現象。此項發現將有助於揭開人類長久以來在核融合、太空及天文研究探索的問題，目前研究結果已刊登於《通訊物理學》（Communications Physics） 期刊中。

所謂的電漿亂流，一般被認為是電漿從中大尺度的渦流分裂為小尺度渦流的過程。由於太空電漿的空間尺度巨大，再加上核融合電漿具有的極高溫度，因此科學家若想要到太陽表面或在極高溫度環境下直接量測電漿亂流非常困難。如果能先在實驗室中取得較多的電漿亂流資訊，對於日後的核融合、太空、天文相關研究將有莫大的幫助。

成功大學電漿科學實驗室自2013年開始著手在實驗室中研究如何以探針測量電漿亂流，經過多年的實驗與改良，近日終於獲得了重要成果。河森榮一郎在成功大學發布的新聞稿中表示，傳統探針只能量測到離子的平均速度且僅能提供單一位置的資訊，因此若要得到離子的速度分布，除了必須找到可以同時進行多點測量的新量測方式，還要避免干擾影響到測量準確性，如何克服這些問題都是挑戰。

本次由研究團隊設計開發的新型式探針能夠直接量測離子迴旋速度的分布函數，首先需要讓探針與真空腔中的電漿保持相同電位，再藉由軌道篩選不同速度離子、量測收集電流，進而得到離子速度與密度分布。此外，團隊為了改善探針訊號，除了透過隔離電流－電壓轉換電路和數據收集系統來消除探針固有的電容訊號之外，也在探針外面加裝不銹鋼網和鋁板以消除高能電子訊號，再延長探針軌道長度來消除類自由離子訊號，終於成功在實驗室中量測到磁化電漿中離子迴旋的速度與密度分布。實驗結果驗證了在速度空間中的電漿亂流，與傳統流體理論的大尺度渦流分裂成小尺度渦流過程類似。

透過這次的研究成果，研究團隊也期望能在實驗室中解開電漿亂流的謎團，幫助往後的天文、太空、核融合等相關領域的研究者探索更多宇宙間的奧祕。

新聞來源
翁藍莉（2023年1月7日）。成大河森榮一郎教授團隊自行設計開發探針 成功量測並驗證電漿亂流現象。國立成功大學新聞中心。https://newssecr.ncku.edu.tw/p/406-1037-248522,r81.php