Ny indsigt kan hjælpe med at tæmme hurtige ioner i fusionsplasmaer

For at skabe en praktisk fusionsenergireaktor, forskere skal kontrollere partikler kendt som hurtige ioner. Disse hurtige ioner, som er elektrisk ladede hydrogenatomer, giver meget af reaktorens selvopvarmningsevne, når de kolliderer med andre ioner. Men de kan også hurtigt undslippe de kraftfulde magnetfelter, der bruges til at begrænse dem og overophedes væggene i indeslutningsbeholderen, forårsager skade.

Et team på DIII-D National Fusion Facility har for nylig taget en anden tilgang til at studere disse vanskeligt målbare partikler. Forskningen viste lovende resultater, der ikke kun har givet indsigt i partiklernes fysik selv, men de kan også føre til nye og pålidelige måder at overvåge og styre, hvor hurtigt ioner er indeholdt i fremtidige reaktorer.

"Dette er virkelig en spændende tid at arbejde med denne type udfordringer inden for fusionsenergi, "sagde DIII-D-forsker Kathreen Thome." Det globale fusionssamfund tager fart på vejen til energiproduktion, og hver smule ekstra indsigt, vi kan generere i disse problemer, bringer os tættere på den destination. "

En del af forskningsudfordringen ved måling af hurtige ioner ligger i det barske miljø i hjertet af en tokamak, en type fusionsreaktor. Delikate sensorer, der bruges i nutidens forskningstokamakker, ville simpelthen blive ødelagt i fremtidige fusionsreaktorer, som vil have meget højere effekt. DIII-D-teamet brugte en robust magnetisk sensor og højtydende computing til at fange og fortolke en lille vrikning skabt i enhedens magnetfelt af disse hurtige partikler. Denne magnetfeltudsving (figur 1) giver information om egenskaberne og opførslen af ​​de hurtige ioner, og hvordan de interagerer med plasmabølger.

Det næste trin for fusionssamfundet vil være at bruge de genererede data til at udvide computermodellernes evner, der fortolker adfærden for hurtige ioner baseret på disse wiggles. Når modellerne er blevet mere effektive, de kunne kobles med de robuste magnetiske sensorer i fremtidige højeffektreaktorer for at give realtidskontrol af de forhold, der påvirker hurtige ioner. Hvis denne feedback loop kan etableres, de hurtige ioner kunne ikke kun forhindres i at beskadige tokamak -væggene, de kunne bruges til at opvarme plasmaet mere effektivt.