Fysikere bekræfter præcisionen af ​​magnetfelter i den mest avancerede stellarator i verden

Fysikeren Sam Lazerson fra US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) er gået sammen med tyske forskere for at bekræfte, at Wendelstein 7-X (W7-X) fusionsenergienhed kaldet en stellarator i Greifswald, Tyskland, producerer magnetfelter af høj kvalitet, der er i overensstemmelse med deres komplekse design.

Fundene, offentliggjort i 30. november -udgaven af Naturkommunikation , afslørede et fejlfelt - eller afvigelse fra den designede konfiguration - på mindre end en del i 100, 000. Sådanne resultater kan blive et vigtigt skridt i retning af at verificere gennemførligheden af ​​stellaratorer som modeller for fremtidige fusionsreaktorer.

W7-X, som PPPL er den førende amerikanske samarbejdspartner for, er den største og mest sofistikerede stellarator i verden. Bygget af Max Planck Institute for Plasma Physics i Greifswald, det blev færdiggjort i 2015 som fortroppen for stjernernes design. Andre samarbejdspartnere på det amerikanske team omfatter DOE's Oak Ridge og Los Alamos National Laboratories, sammen med Auburn University, Massachusetts Institute of Technology, University of Wisconsin-Madison og Xanthos Technologies.

Twisty magnetiske felter

Stellaratorer begrænser det varme, ladet gas, ellers kendt som plasma, der brænder fusionsreaktioner i snoede-eller 3-D-magnetiske felter, sammenlignet med de symmetriske - eller 2D - felter, som de mere udbredte tokamakker skaber. Den snoede konfiguration gør det muligt for stjernerne at kontrollere plasmaet uden behov for den strøm, som tokamaks skal fremkalde i gassen for at fuldføre magnetfeltet. Stellaratorplasmaer risikerer således lidt at forstyrre, som det kan ske i tokamaks, forårsager, at den interne strøm pludselig standser, og fusionsreaktioner lukker ned.

PPPL har spillet nøgleroller i W7-X-projektet. Laboratoriet designede og leverede fem stalddørstørrelser, der finjusterer stjernernes magnetfelter og muliggjorde deres måling. "Vi har bekræftet, at det magnetiske bur, vi har bygget, fungerer som designet, "sagde Lazerson, der ledede omtrent halvdelen af ​​de eksperimenter, der validerede konfigurationen af ​​feltet. "Dette afspejler amerikanske bidrag til W7-X, " han tilføjede, "og fremhæver PPPL's ​​evne til at gennemføre internationale samarbejder." Støtte til dette arbejde kommer fra Euratom og DOE Office of Science.

For at måle magnetfeltet, forskerne lancerede en elektronstråle langs marklinjerne. De opnåede derefter et tværsnit af hele den magnetiske overflade ved hjælp af en fluorescerende stang til at krydse og feje gennem linjerne, derved fremkalder fluorescerende lys i overfladens form.

Bemærkelsesværdig troskab

Resultaterne viste en bemærkelsesværdig troskab til designet af det meget komplekse magnetfelt. "Så vidt vi ved, "forfatterne skriver om uoverensstemmelsen mellem mindre end en del af 100, 000, "Dette er en hidtil uset nøjagtighed, både hvad angår den indbyggede konstruktion af en fusionsenhed, såvel som i måling af magnetisk topologi. "

W7-X er den seneste version af stjernekonceptet, som Lyman Spitzer, en astrofysiker ved Princeton University og grundlægger af PPPL, opstod i løbet af 1950'erne. Stellaratorer gav for det meste plads til tokamakker et årti senere, da de donutformede faciliteter er enklere at designe og bygge og generelt begrænser plasma bedre. Men de seneste fremskridt inden for plasmateori og beregningskraft har ført til fornyet interesse for stjernerne.

Sådanne fremskridt fik forfatterne til at spekulere på, om enheder som W7-X kan give et svar på spørgsmålet om, hvorvidt stjernerne er det rigtige koncept for fusionsenergi. År med plasma -fysikforskning vil være nødvendig for at finde ud af, de konkluderer, og "den opgave er lige startet."