Fysikere forbedrer forståelsen af ​​varme og partikelstrøm i kanten af ​​en fusionsenhed

Fysikere ved US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har opdaget værdifuld information om, hvordan elektrisk ladet gas kendt som "plasma" strømmer i kanten inde i donutformede fusionsenheder kaldet "tokamaks". Resultaterne markerer et opmuntrende tegn på udvikling af maskiner til fremstilling af fusionsenergi til produktion af elektricitet uden at skabe langsigtet farligt affald.

Resultatet bekræfter delvist tidligere PPPL -fund, at bredden af ​​varmeudstødningen produceret ved fusionsreaktioner kunne være seks gange bredere, og derfor mindre snæver, koncentreret, og skadelig, end man havde troet. "Disse fund er gode nyheder for ITER, "sagde PPPL -fysikeren C.S. Chang, hovedforfatter til en beskrivelse af forskningen i Plasmas fysik , med henvisning til det internationale fusionsforsøg under opførelse i Frankrig. "Resultaterne viser, at varmeudstødningen i ITER vil have en mindre chance for at skade maskinen, "Sagde Chang.

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 producerer energi. Forskere rundt om i verden søger at replikere fusion på Jorden for en næsten uudtømmelig strømforsyning til at generere elektricitet.

Superhot -plasmaet inden for tokamaks, som kan nå flere hundrede millioner grader, er begrænset af magnetfelter, der holder plasmaet fra maskinens vægge. Imidlertid, partikler og varme kan flygte fra indespærringsfelterne ved "magnetisk separatrix" - grænsen mellem de magnetisk begrænsede og ubegrænsede plasmaer. Ved denne grænse, feltlinjerne krydser ved det såkaldte X-punkt, stedet, hvor spildvarmen og partiklerne slipper ud og rammer et mål kaldet "aflederpladen".

De nye fund afslører den overraskende virkning af X-punktet på udstødningen ved at vise, at der opstår en bakkelignende bump af elektrisk ladning ved X-punktet. Denne elektriske bakke får plasmaet til at cirkulere omkring det, forhindrer plasmapartikler i at bevæge sig mellem opstrøms og nedstrøms områder af feltlinjerne i en lige sti. I stedet, som biler, der manøvrerer rundt på en byggeplads, de ladede plasmapartikler tager en omvej rundt om bakken.

Forskerne producerede disse fund med XGC, en avanceret computerkode udviklet med eksterne samarbejdspartnere på PPPL, der modellerer plasmaet som en samling af individuelle partikler frem for som en enkelt væske. Modellen, som viste, at forbindelsen mellem opstrøms plasma placeret over X-punktet og nedstrøms plasma under X-punktet dannes på en måde, der ikke forudsiges af enklere koder, kunne føre til mere præcise forudsigelser om udstødningen og gøre fremtidige storskala faciliteter mindre sårbare over for indre skader.

"Dette resultat viser, at den tidligere model af feltlinjerne med fluxrør er ufuldstændig, "sagde Chang - med henvisning til de rørformede områder omkring magnetiske fluxområder" - og at den nuværende forståelse af interaktionen mellem opstrøms og nedstrøms plasma ikke er korrekt. Vores næste trin er at finde ud af et mere præcist forhold mellem opstrøms og nedstrøms plasma ved hjælp af en kode som vores. Denne viden vil hjælpe os med at udvikle mere præcise ligninger og forbedrede reducerede modeller, som faktisk allerede er i gang. "