En hurtig og nem måde at lukke ustabilitet i fusionsenheder på

Forskere har opdaget en bemærkelsesværdig enkel måde at undertrykke en almindelig ustabilitet, der kan stoppe fusionsreaktioner og beskadige væggene i reaktorer bygget til at skabe en "stjerne i en krukke". Fundene, offentliggjort i bladet i juni Fysisk gennemgangsbreve , stammer fra forsøg udført på National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U), ved Department of Energy's Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL).

Den undertrykte ustabilitet kaldes en global Alfvén egenmode (GAE)-en almindelig bølgelignende forstyrrelse, der kan få fusionsreaktioner til at svime ud. Undertrykkelse blev opnået med en anden neutralstråleinjektor, der for nylig blev installeret som en del af NSTX-U-opgraderingen. Blot en lille mængde meget energiske partikler fra denne anden injektor kunne lukke GAE'erne.

Beslægtet med en slange eller drage

Sådanne ustabilitet ligner en slange eller en drage, der sluger sin egen hale. Omrøring af GAE'er er de samme neutrale strålepartikler, der opvarmer plasmaet, som ioniseres til elektroner og ioner, eller atomkerner, inde i gassen. Når først de er udløst af disse hurtige ioner, GAE'erne kan rejse sig og drive dem ud, afkøling af plasmaet og standsning af fusionsreaktioner.

For at undertrykke denne ophidselse var stråler fra den anden injektor, som flyder gennem plasmaet ved en højere stigningsvinkel, i en retning omtrent parallelt med magnetfeltet, der begrænser den varme gas. Fysikere kalder sådanne stråler "outboard" for at skelne dem fra de "indenbords" stråler, som den originale NSTX-U injektor producerer, som strømmer gennem plasmaet og magnetfeltet på en mere vinkelret måde.

Injektion af påhængsmotoren fjernede GAE'er i millisekunder. Hurtige ioner fra strålen kombineret med dem fra den indvendige stråle for at øge densiteten af ​​ioner og ændre deres fordeling i plasmaet. Den pludselige ændring reducerede gradienten, eller hældning, af iontætheden, uden hvilke GAE'er ikke var i stand til at danne og kruse gennem plasmaet.

Gode ​​nyheder til fusionsudvikling

Disse bemærkelsesværdige resultater var gode nyheder for fusionsudvikling. "Normalt, når du injicerer energiske partikler, du driver ustabilitet op, " sagde Jonathan Menard, forskningschef på NSTX-U. "Det faktum, at den anden neutralstråle var i stand til at slukke dem ved at variere hurtigionfordelingen med en lille mængde partikler, giver vores forskning fleksibilitet og er en velkommen opdagelse."

Resultatet validerede forudsigelser af en computerkode kaldet "HYM, "udviklet af PPPL -fysikeren Elena Belova, og kunne vise sig nyttig for ITER, det internationale fusionsanlæg under opførelse i Frankrig for at demonstrere evnen til at begrænse et brændende plasma og producere 10 gange mere energi, end det forbruger.

"Denne forskning demonstrerer undertrykkelse af GAE'er med kun en lille population af energiske partikler, "sagde fysiker Eric Fredrickson, hovedforfatter af tidsskriftartiklen. "Det giver tillid til, at ved at bruge denne kode, rimelige forudsigelser om GAE -stabilitet kan fremsættes for ITER. "