Odkrito: Optimalna magnetna polja za zatiranje nestabilnosti v tokamaksih

ODKRITO (Julij 2019).

Anonim

Fuzija, moč, ki vozi sonce in zvezde, proizvaja veliko količino energije. Znanstveniki na Zemlji skušajo ponoviti ta proces, ki združuje lahke elemente v obliki vroče, napolnjene plazme, ki jo sestavljajo prosti elektroni in atomska jedra, da bi ustvarili skoraj neizčrpno oskrbo z električno energijo za proizvodnjo električne energije, kar lahko imenujemo "zvezda v kozarec. "

Dolgoročna uganka v prizadevanju za zajemanje moči fuzije na Zemlji je, kako zmanjšati ali odpraviti skupno nestabilnost, ki se pojavi v plazmi, imenovanih robni lokalizirani načini (ELM). Tako kot sonce sprošča ogromne naletke energije v obliki sončnih vžigov, tako lahko kot vbodi ELM-jev, ki se pojavljajo v plamenu, lahko uidejo v stene krompirčastih tokamakov, v katerih se nahajajo reakcije fuzije, ki lahko poškodujejo stene reaktorja.

Ripples krmili nove poškodbe

Za nadzor teh poškodb znanstveniki motijo ​​plazmo z majhnimi magnetnimi valovi, ki se imenujejo resonančne magnetne perturbacije (RMP), ki izkrivljajo gladko obliko plazme, ki sprošča plazmo, ki zmanjšuje plazmo, kar zmanjšuje ali preprečuje pojav ELM. Trdni del proizvaja pravo količino tega 3-D popačenja, da bi odpravil ELM, ne da bi sprožil druge nestabilnosti in sprostil preveč energije, ki bi lahko v najslabšem primeru povzročila večjo motnjo, ki prekine plazmo.

Uresničevanje naloge izjemno težko je dejstvo, da lahko v plazmo praktično neomejeno število magnetnih izkrivljanj, kar pomeni, da je iskanje pravega prave vrste izkrivljanja izjemen izziv. Ampak ne več.

Fizistični park Jong-Kyu iz Laboratorija za fiziko plazme pri ZDA (DOE), ki sodeluje z ekipo sodelavcev iz Združenih držav in Nacionalnega inštituta za fuzijsko raziskovanje (NFRI) v Koreji, je uspešno napovedal celoten set koristnih 3-D izkrivljanj za nadzor ELM brez ustvarjanja več težav. Raziskovalci so te napovedi potrdili na korejskem superprevodnem Tokamak Advanced Research (KSTAR), enem najsodobnejših superkomponantnih tokamakov na svetu, ki se nahajajo v Daejeonu v Južni Koreji.

KSTAR je idealen za testiranje

KSTAR je bil idealen za testiranje napovedi zaradi svojih naprednih magnetnih kontrol za generiranje natančnih izkrivljanj v skoraj popolni simulaciji plazme v obliki kroja. Ugotovitev najbolj koristnih izkrivljanj, ki bi znašala manj kot en odstotek vseh možnih izkrivljanj, ki bi se lahko proizvedla znotraj KSTAR, bi bilo praktično nemogoče brez napovednega modela, ki ga je razvila raziskovalna skupina.

Rezultat je bil dosedanji dosežek. "Prvič se pokažemo, da je celotno 3-D polje operacijskega okna v tokamaku za zatiranje ELM-jev brez razbijanja jedrnih nestabilnosti ali prekomerne degradacije zapora", je dejal Park, ki je napisal 14 sodelavcev iz Združenih držav in Južne Koreje, je objavljen v Nature Physics. "Že dolgo smo mislili, da bi bilo preveč računsko težko prepoznati vsa koristna polja za premostitev simetrije, vendar naše delo sedaj kaže enostaven postopek za določitev vseh takšnih konfiguracij."

Raziskovalci so zmanjšali zapletenost izračuna, ko so ugotovili, da je število načinov, kako lahko plazma izkrivlja, dejansko veliko manj kot obseg možnih 3-D polj, ki jih lahko uporabimo za plazmo. Z obdelavo nazaj, od izkrivljanja do 3-D polja, avtorji izračunajo najučinkovitejša polja za odpravo ELM. Poskusi KSTAR so z napovedjo natančno potrdili napovedi.

Ugotovitve zagotavljajo novo zaupanje

Ugotovitve o KSTAR-u dajejo novo zaupanje v sposobnost napovedovanja optimalnih 3-D polj za ITER, mednarodni tokamak v gradnji v Franciji, ki namerava uporabiti posebne magnete za proizvodnjo 3-D izkrivljanja za nadzor ELM. Takšen nadzor bo bistvenega pomena za ITER, katerega cilj je ustvariti 10-krat več energije, kot bi jo potrebovali za segrevanje plazme. Rekli so avtorji prispevka, "metoda in načelo, sprejeto v tej študiji, lahko bistveno izboljšata učinkovitost in zvestobo zapletenega 3-D optimizacijskega procesa v tokamahah."

menu
menu