Fundet:En præcis metode til at bestemme, hvordan bølger og partikler påvirker fusionsreaktioner

Som surfere, der fanger havbølger, partikler inde i det varme, elektrisk ladet tilstand af stof kendt som plasma kan ride bølger, der oscillerer gennem plasmaet under forsøg for at undersøge produktionen af ​​fusionsenergi. Svingningerne kan fortrænge partiklerne så langt, at de flygter fra den doughnut-formede tokamak, der huser eksperimenterne, køling af plasmaet og gør fusionsreaktioner mindre effektive. Nu har et team af fysikere ledet af US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) udviklet en hurtigere metode til at bestemme, hvor meget denne interaktion mellem partikler og bølger bidrager til effektivitetstabet i tokamaks.

Fusion, den kraft, der driver solen og stjernerne, er sammensmeltning af lette elementer i form af plasma - det varme, ladet tilstand af stof sammensat af frie elektroner og atomkerner - der genererer enorme mængder energi. Forskere rundt om i verden søger at kopiere fusion på Jorden for en praktisk talt uudtømmelig strømforsyning til elektricitet.

Metoden til at hjælpe med at bestemme virkningen på fusion, udgivet i Plasmas fysik , afhænger af, hvordan partiklerne i plasma bliver fanget i svingningerne. Partikler fanget i en svingning kan spore en oval-lignende vej kendt som en resonant struktur, hvis bredde er en nøglefaktor. Det er afgørende at bestemme bredden af ​​denne struktur. "Hvis du vil vide, hvor stor en effekt resonansen har på plasmapartiklerne, du skal kende resonansbredden, "sagde Roscoe White, en teoretisk fysiker ved PPPL og hovedforfatter af papiret.

Ved at køre simuleringer på kraftfulde PPPL -computere, forskerne lærte, hvordan en type plasmavibration kendt som en egenmode kan deformere resonansen og ændre, hvordan den påvirker plasmapartikler. "Vores forskning skiller sig ud, fordi vi tog hensyn til egenmodeformen, som ikke var gjort før, "Sagde White.

Den måde, hvorpå egenmodes ændrer resonansstrukturer, og derfor har plasmapartiklers adfærd betydning for forskere, fordi effekten kan reducere effektiviteten af ​​ITER, den multinationale facilitet, der bygges i Frankrig for at demonstrere muligheden for fusionskraft. "Ændringerne af partikelfordelinger ved elektromagnetiske svingninger er et vigtigt problem for ITER, "White sagde." Ved at studere disse fænomener kan forskere forudsige, hvor stærke virkningerne af svingningerne vil være, og derefter konstruere måder at fjerne bølgerne på, forhindre partikeltab, og opretholde fusionseffektivitet. "

Resultaterne kunne bruges til at skabe en reduceret computermodel med forenklede, alligevel præcis, kode, der kunne simulere plasmeadfærd med færre beregninger og derfor på meget kortere tid, end de nuværende modeller tager. "Den bedst tilgængelige simulering af en udladning i DIII-D, tokamak opereret i San Diego af General Atomics, kan tage en supercomputer flere måneder at fuldføre, "sagde Nikolai Gorelenkov, hovedforskningsfysiker ved PPPL og medforfatter af papiret. "Det er for langt. Det ultimative mål er at bruge simuleringer af partikelbølge-interaktioner i plasma hurtigt nok til at forudsige, hvor og hvornår tab kan forekomme, og derefter handle for at undgå disse tab. "

Opgaven bliver langt sværere med hensyn til ITER. "En konservativ fremskrivning for ITER er, at simuleringer vil kræve cirka 1 million gange flere beregninger, end der er behov for for nuværende tokamaks, "Gorelenkov sagde." Det er en hidtil uset mængde beregning, så vi skal finde måder at gøre simuleringen lettere at afslutte. "