太陽的溫度已經高得離譜了，但是在我們人類控制的核聚變實驗裝置中，等離子體的溫度可以達到上億攝氏度，這實際上比太陽核心的溫度要高得多。 相信大家在自豪的同時，也會有些迷茫。 等離子體高達數億度的超高溫是如何測得的？ 什么儀器可以測量這么高的溫度？
測量溫度到底是什么？
從我們直觀感受的角度來看，溫度是指物體的冷熱程度，但這只是溫度給我們帶來的宏觀層面的表面現象。
從微觀層面來看，我們能看到（或感覺到）的任何物體都是由大量的微觀粒子組成的。 這些微觀粒子總是在做隨機運動，這種運動稱為“熱運動”。
物體的溫度實際上是構成該物體的微觀粒子整體熱運動的強度。 具體來說，熱運動越劇烈，溫度越高，反之亦然。 比如，如果我們感覺一杯水的溫度比較高，其實就說明這杯水中的水分子的熱運動比較激烈。
可見溫度的測量，從本質上來說，測量物體的溫度，實際上就是測量構成該物體的所有微觀粒子的整體熱運動速度。
數億度的超高溫是如何測量的？
數億度的超高溫度是任何材料都無法承受的，直接用儀器測量根本不可行。 同樣的原因，可控核聚變實驗裝置也不能直接容納超高溫等離子體。
本質上，等離子體實際上是大量帶負電的電子和帶正電的離子。 既然是帶電的，就會受到磁場的影響。 因此，可控核聚變實驗裝置利用強大的磁場來約束高溫等離子體，當它運行時，如下圖所示。
可以看出，在強磁場的影響下，實驗裝置中等離子體會高速旋轉。 當電子進行如此高速旋轉時，會引起磁場的波動，而這種波動實際上是一種電磁波。
這種電磁波的頻率與電子的熱運動速度密切相關。 熱運動速度越快，其頻率越高。 因此，科學家只需要利用儀器測量這種電磁波的頻率，就可以計算出電子的熱運動速度。 然后計算等離子體的溫度。
科學家還將使用“激光測速儀”來測量電子的熱速度。 如果將激光束射入高溫等離子體中，當激光在等離子體中傳播時，會激發部分電子強制振動，從而發射出二次電磁輻射，從而形成散射波，稱為散射波。為“湯姆遜散射”。
在電子熱運動的影響下，觀測到的散射波的頻率會發生一些微妙的變化。 然而，當電子接近觀察者時，觀察者觀察到的光波頻率會變高，反之亦然。 這就是所謂的“多普勒效應”，因此科學家可以使用儀器測量這種變化的值，然后計算出電子的熱運動速度，最后計算出等離子體的溫度。
看到這里可能有人會問，上面只測量了電子在等離子體中的熱運動速度，那么離子呢？ 事實上，在可控核聚變實驗裝置中直接測量用于聚變的離子的熱運動速度是不現實的。 不過，科學家們想出了一個辦法。
在啟動可控核聚變實驗裝置之前，科學家通常會在核聚變原料中添加一些耐高溫、不會影響核聚變的化學元素。 最常用的一種是鎢。
在幾億度的超高溫下，鎢離子仍然可以束縛一些電子，而這些束縛電子會發射X射線，而由于熱運動的存在，這些X射線還會產生“多普勒效應” ”，接下來，科學家要做的事情就和上面提到的“激光測速儀”一樣。
需要注意的是，在測量數億度的超高溫時，上述測量方法可能會存在一定的偏差。 因此，科學家通常不會只使用其中一種方法，而是同時使用多種方法。 這樣，測得的溫度就準確多了。
好了溫度的測量，今天就到這里吧。 歡迎大家關注我們。 下次見。
