Rettelse af underskud i grænseplasmamodeller

Simuleringer producerer plasmatemperatur (øverst) og densitet (nederst) i afledningsområdet. Kredit:ORNL

Forskere, der arbejder på DIII-D tokamak i San Diego, arbejder på at vise, hvordan plasmatransport og atomfysik kommer sammen for at levere strømudstødningsløsninger.

En af de store udfordringer, fusionsforskere står over for, er at håndtere de massive strømstrømme, der er opbrugt af fusionsplasmaer, som er oprettet i enheder kaldet tokamaks som DIII-D National Fusion Facility. Overladt til sig selv, den intense kraft, der bæres i et tokamak -plasma, ville blive fokuseret på et så lille område, at det hurtigt ville ødelægge ethvert materiale på sin måde.

Standardstrategien for håndtering af effektudstødningen i reaktorer er at omdanne varmen til elektromagnetisk stråling, som spreder strømmen mere jævnt og giver metalvæggene omkring plasmaet en kampchance. Denne proces forekommer i tokamaks afleder, en anordning, der fungerer som et bufferområde mellem fusionsplasmaet og de omgivende kammervægge.

Indtil nu, simuleringer har forudsagt langt mindre stråling, end der måles i forsøg. Dette er blevet tilskrevet den meget komplicerede kombination af atom- og molekylær fysik i spil i afledningsregionen, hvilket er udfordrende at inddrage fuldt ud i simuleringer. Forskere ved DIII-D har taget en anden tilgang til at studere problemet:eliminere molekylær fysik fra eksperimentet ved at køre plasma ved hjælp af Helium, en ædelgas, der ikke danner molekyler (figur 1).

De høje strålingsniveauer, der findes i tokamak -eksperimenter, findes også i simuleringer Credit:ORNL

Disse forsøg har vist, at strålingen kan gengives fuldt ud i simuleringer, forudsat at omdirigeringsplasmaparametrene er nøjagtigt redegjort for (figur 2). Ved at gøre dette regnskab var det påkrævet at matche densiteten, der blev målt direkte i aflederen-en måling, der er unikt tilgængelig på DIII-D. Brug af målinger i hovedplasmaets mere fjerne kant som input til simuleringen, som det normalt gøres, er ikke godt nok, bringe frem, at der mangler et link i plasmatransporten, der forbinder hovedplasmaet med aflederen. Når dette er redegjort for, plasmaet i aflederen kan også gengives ved hjælp af modellerne.

"Disse resultater giver betydeligt større tillid til vores evne til at bruge simuleringer til at designe udstrålende udstødningsløsninger til fremtiden, hvilket er afgørende for succesen med fusionsbestræbelserne, "sagde Dr. John Canik fra Oak Ridge National Laboratory, som ledede teamet, der omfattede forskere fra Lawrence Livermore National Laboratory og General Atomics, som driver DIII-D-anlægget i samarbejde med det amerikanske energiministerium.

Denne succes peger også på vigtigheden af at fange standardplasmaers mere komplicerede atom- og molekylære fysik, forklarede Dr. Canik. Holdets resultater vil blive rapporteret på den 58. årlige konference i American Physical Society Division of Plasma Physics i San Jose

"Dette arbejde har frembragt et" manglende led "i plasmatransporten, der forbinder divertoren tilbage til hovedplasmaet, " han sagde, bemærker, at deres arbejde vil blive genstand for fremtidige eksperimenter.

Sidste artikelFra Tyskland kommer et nyt twist til fusionsforskning

Næste artikelFusionsreaktordesign med lange ben viser løfte