Afklaring af plasmasvingninger ved hjælp af højenergipartikler

National Institute for Fusion Science har udviklet ny kode, der kan simulere bevægelse af plasma og, samtidigt, bevægelse af partikler, der cirkulerer ved høje hastigheder. I den japanske fusionsreaktor kaldet Large Helical Device (LHD), forskere har undersøgt plasmasvingninger forårsaget af partikler med høj energi. Nye forskningsresultater, sammen med dataene opnået fra LHD -eksperimenter, har præciseret detaljerne i svingninger, der ikke kan måles ved forsøg og interaktionen mellem højenergipartikler og deres svingninger.

Højenergi-alfapartikler (heliumioner), genereret ved fusionsreaktioner ved hjælp af deuterium og tritium, opvarm plasmaet og oprethold de høje temperaturforhold, der er nødvendige for fusionsreaktion. Forudsigelsen af ​​deres adfærd og deres kontrol er nøglerne til at opretholde fusionsreaktionen. På den anden side, plasma er også en væske, der leder elektricitet. Og fordi strøm af elektrisk strøm producerer et magnetfelt, dette kaldes magnetofluid, eller magnetohydrodynamisk væske.

Plasmaer, der er magnetofluide, svinger. Når oscillationsperioden og perioden med højenergi-alfa-partikler, der cirkulerer inde i et plasma, matcher der er en mulighed for, at oscillationsamplituden vil stige på grund af resonans. Som resultat, fordi alfa-partikler med høj energi undslipper plasmaet, der er bekymring for, at fusionsreaktorens ydelse vil forringes. For at realisere produktionen af ​​fusionselektricitet, det er bydende nødvendigt at lave meget pålidelige forudsigelser vedrørende distributionen af ​​højenergipartikler, der inkorporerer plasmas interaktion med svingninger.

Forskningsgruppen ledet af professor Yasushi Todo og adjunkt Hao Wang fra National Institute for Fusion Science (NIFS) har udviklet et program, der kan simulere plasmaadfærd og bevægelser af højenergipartikler (Programmet kaldes "hybridsimulering" fordi den forbinder væske og partikler). Det er nu muligt at simulere interaktionen mellem plasmasvingning og højenergipartikler, hvilket ikke var muligt ved tidligere metoder, der beregnede plasmaet og højenergipartiklerne separat.

Ved hjælp af dette hybridsimuleringsprogram på supercomputere - NIFS plasmasimulator og Helios, fra International Fusion Energy Research Center-forskerne gennemførte en storstilet simulering af LHD-plasma. I LHD -eksperimenterne de undersøgte højenergipartikler og plasmasvingninger ved hjælp af højenergipartikler genereret ved neutral stråleindsprøjtning (se fig. 1). I simuleringsresultaterne vist i figur 2, sammen med de eksperimentelle data for plasmasvingninger, der er forårsaget af partiklerne med høj energi, de præciserede detaljerne i svingninger, der ikke kan måles ved forsøg, samt interaktionen mellem højenergipartikler, der forårsager amplifikation af svingning.

Dette hybridsimuleringsprogram egner sig ikke kun til LHD, men også til fusionsplasmaforsøg i Japan og i udlandet. Ved at sammenligne de eksperimentelle resultater vedrørende fordelingen af ​​højenergipartikler og svingninger, programmets pålidelighed er blevet bekræftet. Ved med succes at gengive LHD -eksperimentet, forskerne har produceret det første program, der kan simulere højenergipartikler og plasmasvingninger.

Dette forskningsresultat blev annonceret på den 26. Internationale Atomenergiorganisationskonference, der blev afholdt 17.-22. Oktober i Kyoto, Japan.

Ved hjælp af Hybrid Simulation Program udviklet af National Institute for Fusion Science, forudsigelsesnøjagtigheden for højenergi-alfa-partikelfordeling i fusionsreaktorkernplasma er forbedret betydeligt. Dette vil bidrage til udviklingen af ​​et meget pålideligt driftsscenario og design af fusionsreaktorer, og kunne fremskynde opnåelsen af ​​en fusionsreaktor. Ud over, arbejdet bidrager til forståelsen af ​​interaktioner mellem højenergipartikler og svingninger. Mens svingninger af plasma forårsager tab af højenergipartikler, der opvarmer plasma, svingningerne, ved at forsyne plasma med energi modtaget fra partikler med høj energi, omvendt varme plasma.