Demonstration af alfa -partikelindeslutningsevne i spiralformede fusionsplasmaer

Et hold af fusionsforskere lykkedes med at bevise, at energiske ioner med energi i megaelektronvolt (MeV) rækkevidde er overlegent indesluttet i et plasma for første gang i spiralformede systemer. Dette lover den alfapartikel (heliumion) indeslutning, der kræves for at realisere fusionsenergi i en spiralformet reaktor.

Deuterium-tritium-reaktionen i et plasma med høj temperatur vil i fremtiden blive brugt i fusionsreaktorer. Alfa-partikler med 3,5 MeV energi genereres af fusionsreaktionen. Alfapartiklerne overfører deres energi til plasmaet, og denne alfapartikelopvarmning opretholder den højtemperaturplasmatilstand, der kræves til fusionsreaktionen. For at realisere et sådant plasma, som kaldes et brændende plasma, de energiske ioner i MeV -området skal være stramt begrænset i plasmaet.

Numeriske simuleringer forudsagde de gunstige resultater af MeV-ionindeslutning i et plasma i spiralformede systemer, der har fordelen ved steady-state-drift i sammenligning med tokamak-systemer. Imidlertid, demonstration af MeV -ionindeslutning ved forsøg var ikke blevet rapporteret. For nylig, undersøgelsen blev stærkt fremskreden af ​​et MeV ion-indeslutningseksperiment udført i deuterium-driften af ​​Large Helical Device (LHD), som ejes af National Institute for Fusion Science (NIFS), National Institutes of Natural Sciences (NINS), i Japan. I deuteriumplasmaer, 1 MeV-tritoner (tritiumioner) dannes ved deuteron-deuteron-fusionsreaktioner. Tritonerne har den lignende adfærd med alfapartikler genereret i et fremtidigt brændende plasma.

Forskningsgruppen ledet af adjunkt Kunihiro Ogawa og professor Mitsutaka Isobe fra NIFS har udført MeV triton indespærringsforsøg i LHD. Tritonerne, der er indespærret i plasmaet, gennemgår sekundær reaktion og udsender højenergi-neutroner ved fusionsreaktion med baggrundsdeuteroner (deuteriumioner). Forskningsgruppen udviklede detektoren til selektiv måling af de højenergiske neutroner for at evaluere MeV-ionindeslutningens ydeevne. De højenergiske neutroner blev målt til forskellige magnetfeltkonfigurationer. Når magnetfeltets akse forskydes indad, MeV-ionindeslutningen viser bedre ydeevne. Resultatet opnået af denne undersøgelse beviser MeV-ionindeslutningskonceptet for første gang i spiralformede systemer. Dette lover igen at kaste lys over den alfapartikelindeslutning, der kræves for at realisere fusionsenergi i en spiralformet reaktor.