Eliminering af små ustabilitet i tokamaks, før de bliver til forstyrrelser

En af de største hindringer for at producere energi via fusion på Jorden er dannelsen og væksten af ​​små magnetiske feltfejl i kernen af ​​eksperimentelle fusionsreaktorer. Disse reaktorer, kaldet tokamaks, begrænser varm ioniseret gas, eller plasma. Hvis ufuldkommenhederne vedvarer, de lader energien, der er lagret i det begrænsede plasma, sive ud; hvis det får lov til at vokse, de kan føre til pludselig afslutning af plasmaudladningen. Seneste simuleringer af tokamak -udladninger med hurtige, energiske ioner har vist, at magnetfeltets struktur enten kan stabilisere eller destabilisere disse magnetiske ufuldkommenheder, eller "rive" ustabilitet. Resultatet afhænger af feltets spiralformede struktur, når det snor sig omkring tokamak.

Energiske ioner, allestedsnærværende i fusionsplasmaer, kan være en stærk stabiliserende eller destabiliserende kraft. Valget afhænger af magnetisk forskydning i plasmaet. At forstå fysikken, der driver ustabilitetens begyndelse, kan føre til, at de undgås, en "nultolerance" tilgang, afgørende for ITERs stabile drift. ITER er et centralt skridt mellem dagens fusionsforskning og morgendagens fusionskraftværker. Også, resultaterne forklarer mange eksperimentelle observationer af rive ustabilitet, der begrænser den maksimale varmeenergi, der kan indeholdes.

Avancerede tokamaks opnår plasmaer med høj termisk energi ved at injicere stråler af varme ioner, der kolliderer med, og derved varme, baggrundsplasma. Brændende plasmaforsøg, der skaber energi fra fusionsreaktioner, såsom ITER, vil også have en betydelig population af varme alfapartikler, biprodukt af fusion. De virkninger, som energiske ioner har på de godartede ustabilitet, såsom savtandens ustabilitet, hvilket får temperaturen nær plasmakernen til at flade, og den toroidale Alfvén egenmode, som intuitivt er en "vibration" (wobble) af magnetfeltlinjerne, har været kendt i nogen tid.

Når den nuværende og begrænsede energi i plasma øges, en "stabilitetsgrænse" kan krydses, når det termiske tryk (dvs. varmeenergien) overstiger en vis brøkdel af den magnetiske energi, der omfatter den magnetiske flaske, der begrænser plasmaet. Disse "rive" ustabilitet skaber ufuldkommenheder i magnetfeltet. Hvis disse ufuldkommenheder vokser, de kan udløse en stor forstyrrelse, som afslutter plasmaindeslutningen og kan beskadige maskinen. Simuleringer af tokamak -udladninger med hurtige, energiske ioner har vist fremkomsten af ​​en stabiliserende indflydelse, eller magt, til de forstyrrende ustabilitet. Om kraften stabiliserer eller destabiliserer afhænger af "forskydningen, "som måler, hvordan magnetfeltlinjerne vikler rundt om den bagelformede, eller toroidal, plasma i tokamak. I positiv forskydning, det sædvanlige tilfælde, de energiske ioner stabiliserer sig.

Imidlertid, den indre region af tokamaks kan ofte have lav eller negativ (omvendt) magnetisk forskydning, og dette fører til en destabiliserende kraft, nok til at drive rive -tilstanden ustabil, derved muligvis føre til en forstyrrelse. Når vi bevæger os mod kontrolleret undgåelse af forstyrrelser i ITER, Det vil være afgørende at integrere avancerede stabilitetsmodeller i aktive kontrolstrategier for at undgå ustabile forhold.