Forskning forbedrer ydeevnen af ​​Tysklands nye fusionsenhed

Et hold af amerikanske og tyske forskere har brugt et system af store magnetiske "trim"-spoler designet og leveret af US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) for at opnå høj ydeevne i den seneste runde af eksperimenter på Wendelstein. 7-X (W7-X) stellarator. Den tyske maskine, verdens største og mest avancerede stellarator, bliver brugt til at udforske det videnskabelige grundlag for fusionsenergi og teste egnetheden af ​​stellaratordesignet til fremtidige fusionskraftværker. Sådanne planter ville bruge fusionsreaktioner som dem, der driver solen til at skabe en ubegrænset energikilde på Jorden.

De nye eksperimenter demonstrerede rigeligt evnen af ​​de fem kobbertrimspoler og deres sofistikerede kontrolsystem, hvis operation ledes på stedet af PPPL-fysiker Samuel Lazerson, at forbedre den overordnede ydeevne af W7-X. "Det spændende ved dette er, at trimspolerne og Sams lederskab producerer videnskabelig forståelse, der vil hjælpe med at optimere fremtidige stjerner, " sagde PPPL-fysiker Hutch Neilson, der fører tilsyn med laboratoriets samarbejde om W7-X med Max Planck Institute of Plasma Physics, som byggede maskinen og nu er vært for det internationale team, der undersøger adfærden for plasmaer, der er indespærret i dens unikke magnetiske konfiguration.

Stellaratorer er snoede, doughnut-formede faciliteter, hvis konfiguration står i kontrast til de glatte doughnut-formede faciliteter kaldet tokamaks, der er mere udbredt. En stor fordel ved stellaratorer er deres evne til at arbejde kontinuerligt med lav inputeffekt for at opretholde plasmaet uden plasmaforstyrrelser - en risiko, som tokamaks står over for - hvilket gør det muligt for faciliteterne at fungere effektivt i steady state. En ulempe er, at den snoede stellaratorgeometri er mere kompleks at designe og bygge.

W7-X afsluttede sin anden runde af eksperimenter i december med forbedrede opvarmnings- og målemuligheder. Et særligt træk ved anden runde var dens brug af en "ø-diverter" til at udtømme varme og partikler, der forlader plasmaet. Dette vigtige værktøj består af en kæde af specialformede magnetiske felter ved kanten af ​​plasmaet gennemskåret af 10 omlederplader. Enhver afvigelse af disse felter fra deres konstruerede konfiguration kan forårsage, at omlederpladerne overophedes og begrænser plasmaets ydeevne.

De seneste eksperimenter demonstrerede trim-spolernes evne til at måle og korrigere sådanne afvigelser, som er kendt som "fejlfelter". Kontrol af sådanne felter ved kanten af ​​plasmaet gjorde det muligt for W7-X at producere plasmaudladninger, der varede op til 30 sekunder. "Trimspolerne har vist sig ekstremt nyttige, ikke kun ved at sikre en afbalanceret plasmaudstødning på omlederpladerne, men også som et værktøj for fysikerne til at udføre magnetfeltmålinger med hidtil uset nøjagtighed, sagde Thomas Sunn Pedersen, Max Planck direktør for stellarator edge og divertor fysik.

For at opnå kontrollen krævede trimspolerne at forstyrre magnetfeltet på en måde, der tydeliggjorde størrelsen af ​​fejlfeltet. Supplerende eksperimenter af Lazerson og Max Planck videnskabsmand Sergey Bozhenkov bekræftede derefter forudsigelser om den nødvendige kraft af trimspolerne for at korrigere afvigelserne - en mængde, der svarede til kun 10 procent af spolernes fulde effekt. "Det faktum, at vi kun krævede 10 procent af den nominelle kapacitet af trimspolerne, er et vidnesbyrd om den præcision, som W7-X blev konstrueret med, " sagde Lazerson. "Dette betyder også, at vi har masser af trimspolekapacitet til at udforske scenarier for afledningsoverbelastning på en kontrolleret måde.