Hurtig handling:Ny enhed kan hurtigt kontrollere plasmaforstyrrelser i et fusionsanlæg

Forskere, der søger at fange og kontrollere fusionsenergi på Jorden, processen, der driver solen og stjernerne, står over for risikoen for forstyrrelser - pludselige hændelser, der kan standse fusionsreaktioner og beskadige faciliteter kaldet tokamaks, der huser dem. Forskere ved det amerikanske energiministeriums (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), og University of Washington har udviklet en ny prototype til hurtigt at kontrollere forstyrrelser, før de kan få fuld effekt.

Enheden, kaldet en "elektromagnetisk partikelinjektor" (EPI), er en type railgun, der affyrer et højhastighedsprojektil fra et par elektrificerede skinner ind i et plasma på randen af ​​forstyrrelse. Projektilet, kaldet en "sabot, " frigiver en nyttelast af materiale ind i midten af ​​plasmaet, der udstråler, eller spreder sig, energien lagret i plasmaet, reducere dens indvirkning på det indre af tokamak.

Dybt gennemtrængende nyttelast

Denne proces kan vise sig at være hurtigere og kan tillade nyttelast at trænge dybere ind i plasmaet end nutidens mest udviklede teknikker. Nuværende systemer frigiver trykgas eller gasdrevne knuste pellets ved hjælp af en gasventil ind i plasmaet, men med hastighed begrænset af gaspartiklernes masse. "Den primære fordel ved EPI-konceptet i forhold til gasdrevne systemer er dets potentiale til at leve op til kortvarige tidsskalaer, " sagde Roger Raman, en University of Washington fysiker på langsigtet opgave til PPPL og hovedforfatter af en Kernefusion papir, der beskriver det nye system.

Risikoen for forstyrrelser er særlig stor for ITER, den store internationale tokamak under opførelse i Frankrig for at demonstrere gennemførligheden af ​​fusionskraft. ITER er tæt, højeffektudladninger af plasma, materiens tilstand, der fremkalder fusionsreaktioner, vil gøre det vanskeligt for nuværende gasdrevne metoder til afbødning at trænge dybt nok ind i det meget energiske ITER-plasma til at få god effekt.

På ITER, afbødning ønskes på mindre end 20 millisekunder, eller tusinder af et sekund, fra advarslen om en forstyrrelse, med 10 millisekunder som ideelt. Test af EPI-prototypen viser, at den kan levere en nyttelast af korrekt størrelse partikler på mindre end 10 millisekunder, sammenlignet med 30 millisekunder for gasdrevne systemer.

Prototypen, bygget ved University of Washington, vender tilbage til et brændstofsystem til fusionsreaktorer, som Raman arbejdede på for år siden. Det system injicerede plasmoider, fodboldformede plasmaer med deres egne magnetfelter, som blev injiceret i et fusionsplasma ved høj hastighed. Raman tilpassede nogle funktioner i systemet for at tillade meget mere masse at blive injiceret i en enklere konfiguration, som det ville være nødvendigt for en lang standbytilstand, at udvikle EPI.

Elektrisk ledende skinner

Prototypen rummer saboten mellem to elektrisk ledende skinner placeret omkring 2-3 centimeter fra hinanden og forbundet til en kondensatorbank, der holder en elektrisk ladning. Afladning af banken producerer elektromagnetiske kræfter, der accelererer saboten, muliggør frigivelse af nyttelasten på kun 2 millisekunder. Materialet, bestående af letmetalgranulat eller pellets, ville udstråle energien af ​​en forstyrrelse fra midten af ​​plasmaet til kanten, sprede energien og svække dens indvirkning på tokamak-væggene.

Yderligere udvikling af EPI-systemet er foreslået gennemført på PPPL. Planerne kræver konstruktion af anden og tredje generation af prototyper med stadig stærkere magnetfelter over en treårig periode, efterfulgt af indsættelse på en tokamak i det fjerde år. Resultater indtil videre, som rapporteret i Kernefusion , give en grad af tillid til, at et effektivt EPI-system kan udvikles til at afbøde kraftige forstyrrelser på ITER.