Opdaget:En ny måde at måle stabiliteten på næste generations magnetiske fusionsenheder

Forskere, der søger at bringe fusionen til jorden, der driver solen og stjernerne, skal kontrollere den varme, ladet plasma-materiens tilstand sammensat af frit svævende elektroner og atomkerner, eller ioner - der nærer fusionsreaktioner. For forskere, der begrænser plasmaet i magnetfelter, en vigtig opgave kræver kortlægning af felternes form, en proces kendt som måling af ligevægten, eller stabilitet, af plasmaet. Ved U.S. Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), forskere har foreslået en ny måleteknik for at undgå de forventede problemer, når de kortlægger markerne på store og kraftfulde fremtidige tokamaks, eller magnetiske fusionsanordninger der huser reaktionerne.

Neutronbombardementer

Sådanne tokamaks, herunder ITER, det store internationale eksperiment under opførelse i Frankrig, vil producere neutronbombardementer, der kan beskadige den indvendige diagnostik, der nu bruges til at kortlægge felterne i de nuværende faciliteter. PPPL foreslår derfor brug af et alternativt diagnosesystem, der kan fungere i miljøer med høj neutron.

Systemet, en type plasmadiagnostik kaldet "Electron Cyclotron Emission (ECE), "måler temperaturen på elektronerne, der cykler rundt på feltlinjerne." Ved at bruge et ECE -system, vi kan lære om plasmatemperaturen og om udsving i plasmaet, "sagde Andrew" Oak "Nelson, en kandidatstuderende i plasmafysik på PPPL og første forfatter til et Plasma Physics and Controlled Fusion -papir, der rapporterer forskningen. "Denne foreslåede metode kan udvikles til et enkeltstående kortlægningsværktøj eller bruges med eksisterende værktøjer."

Metoden kombinerer ECE-data med et hurtigt kamerabillede, der bruges til at måle grænsen for plasma. Kombinationen giver "diagnostik, der robust kan designes i højneutronmiljøer, "ifølge papiret. Processen fungerer som følger:

• Forskere observerer den stråling, som cykelelektronerne udsender;
• Strålingen giver data om temperatur og tilstande, eller ustabilitet, der vokser i plasmaet
• Dataene tillader måling af "q-profilen"-heliciteten, eller spiralformet, af magnetfeltet;
• Måling af heliciteten gør det muligt for tokamak -operatører at kortlægge og kontrollere plasmaets ligevægt.

Omvendt proces

Denne teknik, som forskere testede på en simuleret udledning af National Spherical Torus Experiment (NSTX) på PPPL før opgraderingen, vender en proces, der normalt bruges i fusionsforskning, om. "Folk får normalt q-profilen fra ligevægten, sagde Nelson, "men vores papir viser, at du også kan få ligevægten ved at kende q-profilen."

I tæt samarbejde med Nelson var hans rådgiver, PPPL -fysiker Egemen Kolemen, en adjunkt ved Princeton Universitys Institut for Mekanisk og Rumfartsteknik. "Oak er en ekstremt talentfuld studerende, "Kolemen sagde." Den metode, han udviklede, tillader konstruktion af fusionsplasmaets tilstand ved hjælp af kun en enkelt diagnostisk, ECE. Dette vil være nyttigt for mange tokamaks, herunder ITER, fordi kombination af mange forskellige diagnoser er problematisk og tilbøjelig til fejl. "

Forskere planlægger nu at teste ECE -teknikken på en lang række plasmaudladninger. En gennemprøvet og fuldt udviklet teknik kunne give et værdifuldt system til kortlægning af de afgørende magnetfelter i ITER og næste generations tokamaks.