Bank på det:Gevinster i en type kraft frembragt ved fusionsforstyrrelser opvejes af tab i en anden

Donutformede tokamakker-faciliteter designet til at gengive fusionsenergien, der driver solen og stjernerne på Jorden-skal modstå kræfter, der kan være stærkere end orkaner skabt af forstyrrelser i plasmaet, der brænder fusionsreaktioner. Nylige fund fra fysikere ved US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) viser, at visse kræfter frigivet ved forstyrrelser virker på en overraskende måde. Resultaterne kunne muliggøre designere af store fremtidige faciliteter såsom ITER, den internationale tokamak under opførelse i Frankrig, bedre at indeholde kræfter, der alvorligt kan skade anlægget.

To kræfter

Disse kræfter forårsaget af forstyrrelser kaldet "vertikale forskydningshændelser" (VDE'er) er "virvelstrømme", der hvirvler inden for en tokamaks indre vægge og "halo" -strømme, der kommer ind og ud af væggene. Men uanset hvor stærke halostrømmene vokser, de samlede kræfter, der slår mod væggene, bliver ikke mere kraftfulde. Resultater af state-of-the-art PPPL-simuleringer, ved hjælp af PPPL's ​​flagskib M3D-C1-kode, vise, at enhver stigning i gloristrømmen uventet opvejes af en reduktion i hvirvelstrømmen-ligesom tab opvejer gevinster på en bankkonto, som om det var et nulsumsspil.

"Det vi fandt ud af var, at ændring af halostrømmen ikke påvirker den samlede lodrette kraft, "sagde Cesar Clauser, en PPPL-kandidat, der ledede forskningen, rapporterede i Kernefusion . "Dette var et overraskende og interessant resultat."

Fusion kombinerer lette elementer i form af plasma, det varme, ladet tilstand af stof sammensat af frie elektroner og atomkerner. Fysikere søger at fange og kontrollere fusion på Jorden for at producere en sikker, ren og praktisk talt ubegrænset strømkilde til elproduktion.

PPPL -forskere havde til formål at sammenligne deres sofistikerede model med fund af de forenklede modeller, som ITER bruger til at beregne forstyrrende kræfter. "En implikation at drage af vores undersøgelse er, at måling af halostrømmen kan være en proxy for de samlede kræfter, "sagde PPPL -fysiker Nate Ferraro, en medforfatter af papiret med PPPL -fysikeren Stephen Jardin. "Dette kan føre til en mere fuldstændig forståelse."

Avanceret PPPL -kode

Den avancerede PPPL-kode M3D-C1 afslørede det tætte forhold mellem hvirvel- og halostrømstyrkerne i ITER-plasmaer og viste, at ændring af halostrømmen ikke påvirkede de samlede vertikale kræfter. "Simuleringerne dækkede en lang række halo-aktuelle tilfælde, da vi ønskede at lede efter det værst tænkelige scenario, "Sagde Clauser.

De todimensionelle simuleringer analyserede den samlede kraft produceret af de to strømme, men ikke fordelingen af ​​kræfter inden for ITER-vægge. Fremtidige tredimensionelle undersøgelser vil modellere fordelingen for at søge veje efter halostrømme, som hvirvelstrømme muligvis ikke opvejer.