Forskning giver sikkerhed for, at varmeflux vil være håndterbar i ITER

Et stort problem for ITER, den internationale tokamak under opførelse i Frankrig, der vil være den første magnetiske fusionsenhed til at producere nettoenergi, er, om de afgørende afledningsplader, der vil udlede spildvarme fra enheden, kan modstå den høje varmeflux, eller belastning, der vil ramme dem. Alarmerende fremskrivninger ekstrapoleret fra eksisterende tokamaks tyder på, at varmefluxen kan være så snæver og koncentreret, at den ødelægger wolfram-aflederpladerne i de syv etager, 23, 000 ton tokamak og kræver hyppige og dyre reparationer. Denne strømning kan være sammenlignelig med den varmebelastning, som rumfartøjer genindtræder i Jordens atmosfære.

Nye fund fra et internationalt team ledet af fysikeren C.S. Chang fra US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) tegner et mere positivt billede. Resultater af samarbejdet, som har brugt to år på at simulere varmestrømmen, angive, at bredden kunne ligge godt inden for aflederpladernes kapacitet til at tolerere.

Gode ​​nyheder til ITER

"Dette kan være en meget god nyhed for ITER, "Chang sagde om resultaterne, offentliggjort i august i tidsskriftet Kernefusion . "Dette indikerer, at ITER kan producere 10 gange mere strøm, end den forbruger, som planlagt, uden at beskadige afledningspladerne for tidligt. "

Hos ITER, talsmand Laban Coblentz, sagde, at simuleringerne var af stor interesse og yderst relevante for ITER-projektet. Han sagde, at ITER ville være opsat på at se eksperimentel benchmarking, udført for eksempel af Joint European Torus (JET) i Culham Center for Fusion Energy i Det Forenede Kongerige, for at styrke tilliden til simuleringsresultaterne.

Changs team brugte den meget sofistikerede XGC1 plasma turbulens computersimuleringskode udviklet på PPPL til at skabe det nye estimat. Simuleringen projekterede en bredde på 6 millimeter for varmefluxen i ITER, når den blev målt på en standardiseret måde blandt tokamaks, langt større end den mindre end 1 millimeter bredde projekteret ved brug af eksperimentelle data.

Afledninger af snæver bredde fra eksperimentelle data var forskere på store verdensomspændende faciliteter. I USA, disse tokamakker var det nationale sfæriske Torus -eksperiment før dets opgradering på PPPL; Alcator C-Mod facilitet på MIT, som ophørte med driften ved udgangen af ​​2016; og DIII-D National Fusion Facility, som General Atomics driver for DOE i San Diego.

Meget forskellige forhold

Uoverensstemmelsen mellem de eksperimentelle fremskrivninger og simuleringsforudsigelser, sagde Chang, skyldes, at forholdene inde i ITER vil være for forskellige fra dem i eksisterende tokamaks til, at de empiriske forudsigelser er gyldige. Nøgleforskelle omfatter opførsel af plasmapartikler i nutidens maskiner sammenlignet med den forventede adfærd for partikler i ITER. For eksempel, mens ioner bidrager væsentligt til varmebredden i de tre amerikanske maskiner, turbulente elektroner vil spille en større rolle i ITER, gør ekstrapolationer upålidelige.

Changs hold brugte grundlæggende fysikprincipper, snarere end empiriske fremskrivninger baseret på data fra eksisterende maskiner, at udlede den simulerede bredere forudsigelse. Teamet testede først, om koden kunne forudsige varmefluxbredden, der blev produceret i eksperimenter på de amerikanske tokamaks, og fandt forudsigelserne gyldige.

Forskere brugte derefter koden til at projicere bredden af ​​varmefluxen i en estimeret model af ITER -kantplasma. Simuleringen forudsagde den større varmefluxbredde, der vil være bæredygtig inden for det nuværende ITER-design.

Supercomputere aktiverede simulering

Supercomputere gjorde denne simulering mulig. Validering af koden på de eksisterende tokamaks og fremstilling af fundene tog omkring 300 millioner kernetimer på Titan og Cori, to af de mest magtfulde amerikanske supercomputere, placeret på DOE's Oak Ridge Leadership Computing Facility og National Energy Research Scientific Computing Center, henholdsvis. En kernetime er en processor, eller kerne, kører i en time.