Forskere demonstrerer den første varme plasmakant i et fusionsanlæg

To store spørgsmål, der konfronterer fusionsenergi med magnetisk indeslutning, gør det muligt for vægge på enheder, der huser fusionsreaktioner, at overleve bombardement af energiske partikler, og forbedring af indeslutning af det plasma, der kræves til reaktionerne. Ved U.S. Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), forskere har fundet ud af, at belægning af tokamak -vægge med lithium - et lys, sølvfarvet metal— kan føre til fremskridt på begge fronter.

Nylige eksperimenter med Litium Tokamak -eksperimentet (LTX), den første facilitet, der fuldstændigt omgiver plasma med flydende lithium, viste, at litiumbelægninger kan producere temperaturer, der holder sig konstant hele vejen fra plasmaets varme centrale kerne til den normalt kølige yderkant. Resultaterne bekræftede forudsigelser om, at høje kanttemperaturer og konstante eller næsten konstante temperaturprofiler ville skyldes lithiums evne til at forhindre omstrejfende plasmapartikler i at sparke - eller genbruge - kold gas fra vægge af en tokamak tilbage i kanten af ​​plasmaet.

Næsten 100 millioner grader Celsius

Fusionsenheder vil fungere nær 100 millioner grader Celsius, varmere end solens kerne på 15 millioner grader. Kanten af ​​plasmaet, kun få meter fra kernen på 100 millioner grader, vil normalt være et relativt køligt få tusinde grader, som den ioniserede gas - eller plasma - inde i en fluorescerende pære. "Det er første gang, at nogen eksperimentelt har vist, at kanten af ​​plasmaet kan forblive varmt på grund af reduceret genbrug, sagde fysiker Dennis Boyle, hovedforfatter til et papir, der blev offentliggjort online 5. juli i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve . Støtte til dette arbejde kommer fra DOE Office of Science.

En varmere kant kan forbedre plasmaydelsen på mange måder. Forhindring af genanvendt gas fra at afkøle kanten reducerer mængden af ​​ekstern opvarmning, der skal påføres for at holde plasmaet varmt nok til, at fusion kan forekomme, gøre en reaktor mere effektiv. "Hvis kanten er varm, det udvider mængden af ​​plasma til rådighed til fusion, "Sagde Boyle, "og manglen på en temperaturgradient forhindrer ustabilitet, der reducerer plasmaindeslutning."

Forskere udførte dette sæt eksperimenter med fast lithium, Boyle forklarede, men en belægning af flydende lithium kunne producere lignende resultater. Fysikere har længe brugt begge former for lithium til at belægge vægge i LTX. Da flydende flydende lithium kunne absorbere varme partikler, men ikke ville slides ned eller revne, når det blev ramt af dem, det ville også reducere skader på tokamak -vægge - en anden kritisk udfordring for fusion.

Opgrader næste

Fysikere udførte den seneste forskning forud for en opgradering af LTX, som i øjeblikket er i gang. Opgraderingen tilføjer en neutralstråleinjektor, der vil brænde plasmaets kerne og levere mere varme og plasmatæthed for at teste, om lithium stadig kan holde temperaturen konstant under forhold tættere på en egentlig fusionsreaktor.

Opnåelse af konstante temperaturprofiler har været et stort mål for LTX. At nå dette mål "giver bevis for et nyt, potentielt højtydende plasmaprogram for fusionsenheder, "skrev forfatterne. Det næste trin vil være at se, om et sådant regime kan opnås.