Tager ny vinkel for at muliggøre mere effektiv, kompakte fusionskraftværker

Forskere ved DIII-D National Fusion Facility i San Diego har demonstreret en ny tilgang til at injicere mikrobølger i et fusionsplasma, der fordobler effektiviteten af ​​en kritisk teknik, der kan få store konsekvenser for fremtidige fusionsreaktorer. Resultaterne viser, at lancering af mikrobølgerne i plasmaet via en ny geometri leverer betydelige forbedringer i plasmastrømdrevet.

Dr. Xi Chen vil præsentere holdets resultater på denne uges APS Division of Plasma Physics årsmøde.

Opbygning af økonomiske fusionsreaktorer i fremtiden vil kræve elektrisk strøm effektivt i bestemte områder af plasmaet-en teknik kendt som off-axis strømdrev. Elektrisk strøm forbedrer stabiliteten af ​​det magnetisk indeholdte plasma i donutformede fusionsreaktorer kendt som tokamaks. Strømmen tillader plasmaet at forblive sammenhængende, da det opvarmes til mere end 150 millioner grader, hvor hydrogenatomer begynder at smelte og frigive store mængder energi. En af teknikkerne til at drive strøm, kendt som Electron-Cyclotron Current Drive (ECCD), bruger ekstremt kraftige mikrobølger til at opvarme elektroner i plasmaet. Jo mere effektivt mikrobølgerne interagerer med de energiske elektroner, jo større er det nuværende drev i plasmaet.

ECCD -mikrobølgerne blev traditionelt injiceret fra tokamakens ydre kurve mod plasmaets hjerte. Seneste computermodellering hos DIII-D, imidlertid, Forudsagt effektivitet kan forbedres væsentligt ved at flytte injektionspunktet mod toppen af ​​tokamak og omhyggeligt lede det til præcise punkter væk fra midten (figur 1). Baseret på denne model, Dr. Chen ledede et team, der designede og installerede et nyt system, der gør det muligt at injicere mikrobølgerne ovenfra. Denne nye top-launch konfiguration tilpasser mikrobølgeovnen til magnetfeltet og energifordelingen af ​​plasmaet, så mikrobølgerne selektivt interagerer med kun de mest energiske elektroner, fordobling af drevets nuværende effektivitet.

De eksperimentelle resultater var opsigtsvækkende i, hvor tæt de stemte overens med de gevinster, computermodellerne forudsagde (figur 2).

"Jeg havde store forventninger til, at vi skulle se forbedringer baseret på modelleringen, men blev overrasket over, hvor tydeligt og hurtigt vi fordoblede effektiviteten i de rigtige målinger, "sagde Dr. Chen." Vi er meget begejstrede for at se disse resultater, og vi tror, ​​at dette kan vise sig at være meget betydningsfuldt. "Disse resultater giver eksperimentel validering af ECCD-tilgangen ved topstart og kan være en vigtig overvejelse i planlægningen af ​​fremtidige tokamaks .