Fusionsreaktordesign med lange ben viser løfte

Magnetisk fusion handler om at styre grænsefladen mellem varmt plasma og almindelige materialer. Det stærke magnetfelt i en tokamak - fartøjet brugt i denne fusionsmetode - er en meget effektiv isolator; det er i stand til at reducere plasmatemperaturen med en faktor 100, fra over 100 millioner grader Celsius i midten til "kun" 1 million grader i kanten. Imidlertid, dette er ikke lavt nok. Derfor, det er grænseplasmaets opgave at reducere temperaturen med en anden faktor på 100, før den kommer i kontakt med væggen.

Desværre, dette grænselag har en tendens til at være meget tyndt, fokusere strømmen på et lille område. Kraftværker forventes at have udstødningseffekttætheder større end 100 gange solens overflade og en faktor 10 højere end nuværende eksperimenter, langt overstiger de grænser, som materialeflader kan håndtere. I øvrigt, ekstreme niveauer af effektudstødning kan opstå pludseligt, udgør en meget vanskelig kontroludfordring.

Heldigvis, forskere finder nu ud af, at plasma-udstødningskanaler med lange ben (eller afledere) kan levere den nødvendige løsning til fusionskraftværker. Disse gør smart brug af x-punkter:specielle steder, hvor magnetfelttopologien er i stand til at udvide og omdirigere plasmaudstødningsstrømmen til flere kanaler.

Først, der oprettes et top-bund symmetrisk kerneplasma, defineret af to primære magnetiske x-punkter. I denne konfiguration, forsøg viser, at cirka 90 procent af varmen forlader kerneplasmaet på den ydre halvdel af enheden langs de to yderben [Abstract 1]. Forlængelse af længden af ​​de ydre kanaler og indlejring af sekundære x-punkter i dem vil derefter forbedre effektudstødningshåndteringen. Ud over, denne konfiguration fremmer opbygningen af ​​høje gastryk i benene.

En nylig vurdering af effekthåndteringsegenskaberne ved langbenede aflederkonfigurationer blev udført og sammenlignet med konventionelle konfigurationer ved hjælp af en kantplasmasimuleringskode udviklet på Lawrence Livermore National Laboratory, der kunne håndtere magnetiske x-punkter i benet [Abstract 2]. De kombinerede effekter af langbenet magnetisk geometri, forbedrede gas-plasma-interaktioner og tilstedeværelsen af ​​et sekundært magnetisk x-punkt viser sig at øge spidseffekthåndteringsevnen med op til en faktor 10 sammenlignet med konventionelle afledere-et resultat uden fortilfælde.

Mest vigtigt, det sekundære x-punkt frembringer et stabilt udstrålende lag, der fuldt ud kan rumme plasmavarmeudstødningen, eliminerer varm plasmakontakt på materialevæggene, selv når plasmaudstødningseffekten varieres med en faktor 10. Dette gør effektudstødningen let at styre. Da magten er varieret, placeringen af ​​strålingslaget bevæger sig simpelthen op eller ned af benet efter behov for at matche den indgående effekt (figur 2). Det strålende lag forbliver i aflederbenet og påvirker ikke de primære x-punkter, hvilket ville forringe kerneplasmaydelsen.

Disse resultater, kombineret med andre, bidrager til planlægning af næste trin eksperimentelle enheder, der ville teste ideer om udstødning af strøm ved reaktor-niveau effekttætheder [Abstract 3].