Inside job:En ny teknik til afkøling af en fusionsreaktor

Fusion giver potentialet for næsten ubegrænset energi ved at opvarme en gas fanget i et magnetfelt til utroligt høje temperaturer, hvor atomer er så energiske, at de smelter sammen, når de kolliderer. Men hvis den varme gas, kaldet et plasma, bryder fri fra magnetfeltet, det skal sikkert sættes på plads igen for at undgå at beskadige fusionsenheden - dette problem har været en af ​​de store udfordringer ved magnetisk begrænset fusion.

Under disse såkaldte forstyrrelser, den hurtige frigivelse af energien i plasmaet kan beskadige fusionsenheden:Intens varme kan fordampe eller smelte væggene, store elektriske strømme kan forårsage skadelige kræfter, og høj-energi "løbende" elektronstråler kan forårsage intens lokaliseret skade.

At gøre forstyrrelser mindre forstyrrende indebærer at injicere materiale i plasmaet, der jævnt udstråler plasmaenergien. En udfordring er, at materialet har svært ved at nå midten af ​​plasmaet, før der opstår en afbrydelse. Forskere håber, at det at få materiale ind i midten kan give "indefra og ud" køling af plasmaet, forhindre afbrydelse og produktion af løbende elektroner.

Forskere ved DIII-D National Fusion Facility har demonstreret en revolutionerende ny teknik til at opnå denne "indefra og ud" afkøling, før der opstår en afbrydelse. En tyndvægget diamantskallet pellet bærer en nyttelast af borstøv dybt ind i plasmaet (figur 1). Eksperimenterne viser, at granulatpiller, der affyres i kernen med omkring 450 miles i timen, kan deponere borstøv dybt i plasmaet, hvor det er mest effektivt. Diamantskallerne opløses gradvist i plasmaet, før støvet frigives nær midten af ​​plasmaet.

Den nye tilgang forvandler udsigterne for fusionsenergi ved potentielt at løse tre store problemer - effektivt at udstråle plasmaets varme, reducere kræfter fra plasmaet på fusionsenheden, og forhindrer dannelsen af ​​energiske elektronstråler.

Som DIII-D Science Director, Richard Buttery, kommentarer, "Shell -pellets giver mulighed for at håndtere alle tre aspekter af udfordringen, eliminerer risikoen for skade på enheden. "

Fremtidens arbejde sigter mod at skabe mere sofistikerede skalledesign, der kan bære større nyttelast og trænge ind i reaktorklasser.

En anden teknik, der undersøges ved DIII-D, er kendt som knust pelletinjektion. I denne tilgang, faste frosne pellets fremstillet af en tung isotop af hydrogen og neon eller argon affyres mod plasmaet ved høj hastighed. De går i stykker i små fragmenter, inden de rammer kanten af ​​plasmaet. Forskere udførte eksperimenter og ekstrapolerede resultaterne til den store fusionsenhed, ITER, udvikles i Frankrig. De mener, at denne teknik vil være effektiv i ITER.

"Den bedste måde at forhindre afbrydelser pålideligt er stadig et åbent spørgsmål, "sagde forsker Nick Eidietis, der arbejder på DIII-D fusionsapparatet i San Diego og vil præsentere sin forskning på mødet i American Physical Society Division of Plasma Physics i Portland, Oregon. "Men vi gør betydelige fremskridt med at udvikle den forståelse og de teknikker, der er nødvendige for at opnå fusionskraft. Hvis denne nye skalteknik opfylder sit oprindelige løfte, det vil ændre mulighederne for pålidelig fusionskraftværksdrift. "