Designet af W7-X fusionsenheden gør det muligt at overvinde forhindringer, finder forskere

En vigtig hindring for fusionsanordninger kaldet stellaratorer - snoede faciliteter, der søger at udnytte de fusionsreaktioner, der driver solen og stjernerne, på jorden - har været deres begrænsede evne til at opretholde varmen og ydeevnen i plasmaet, der driver disse reaktioner. Nu kollaborativ forskning af forskere ved US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) og Max Planck Institute for Plasma Physics i Greifswald, Tyskland, har fundet ud af, at Wendelstein 7-X (W7-X) anlægget i Greifswald, den største og mest avancerede stellarator, der nogensinde er bygget, har vist et vigtigt skridt for at overvinde dette problem.

Spidsfacilitet

Den banebrydende facilitet, bygget og opstaldet på Max Planck Institute for Plasma Physics med PPPL som den førende amerikanske samarbejdspartner, er designet til at forbedre plasmaets ydeevne og stabilitet - det varme, ladet tilstand af stof sammensat af frie elektroner og atomkerner, eller ioner, der udgør 99 procent af det synlige univers. Fusionsreaktioner fusionerer ioner til at frigive enorme mængder energi - den proces, forskere søger at skabe og kontrollere på Jorden for at producere sikre, ren og praktisk talt ubegrænset strøm til at generere elektricitet til hele menneskeheden.

Nylig forskning på W7-X havde til formål at afgøre, om design af det avancerede anlæg kunne dæmpe lækage af varme og partikler fra kernen af ​​plasmaet, der længe har bremset udviklingen af ​​stjernerne. "Det er et af de vigtigste spørgsmål i udviklingen af ​​stellaratorfusionsenheder, "sagde PPPL -fysikeren Novimir Pablant, hovedforfatter til et papir, der beskriver resultaterne i Kernefusion .

Hans arbejde validerer et vigtigt aspekt af resultaterne. Forskningen, kombineret med resultaterne af et accepteret papir af Max Planck -fysikeren Sergey Bozhenkov og et papir under revision af fysikeren Craig Beidler fra instituttet, viser, at det avancerede design faktisk modvirker lækagen. "Vores resultater viste, at vi havde et første glimt af vores målrettede fysikregimer meget tidligere end forventet, "sagde Max Planck fysiker Andreas Dinklage." Jeg husker min begejstring, da jeg så Novis rådata i kontrolrummet lige efter skuddet. Jeg indså straks, at det var et af de sjældne øjeblikke i en forskers liv, hvor de beviser, du måler, viser, at du følger den rigtige vej. Men selv nu er der stadig et stykke vej endnu. "

Almindeligt problem

Lækagen, kaldet "transport, "er et almindeligt problem for stellaratorer og mere udbredte fusionsenheder kaldet tokamaks, der traditionelt bedre har klaret problemet. To forhold giver anledning til transport i disse faciliteter, som begrænser plasmaet i magnetfelter, som partiklerne kredser om.

Disse betingelser er:

• Turbulens. Den uregerlige hvirvling og virvler i plasma kan udløse transport;
• Kollisioner og baner. Partiklerne, der kredser om magnetfeltlinjer, kan ofte kollidere, slå dem ud af deres kredsløb og forårsage det, som fysikere kalder "neoklassisk transport".

Designere af W7-X-stellaratoren forsøgte at reducere neoklassisk transport ved omhyggeligt at forme komplekset, tredimensionelle magnetiske spoler, der skaber det begrænsende magnetfelt. For at teste effektiviteten af ​​designet, forskere undersøgte komplementære aspekter af det.

Pablant fandt ud af, at målinger af plasmas adfærd i tidligere W7-X-eksperimenter stemte godt overens med forudsigelserne om en kode udviklet af Matt Landreman fra University of Maryland, der er parallel med dem, designerne brugte til at forme de snoede W7-X-spoler. Bozhenov tog et detaljeret kig på eksperimenterne, og Beidler sporede kontrollen med lækagen til det avancerede design af stellaratoren.

"Denne forskning validerer forudsigelser for, hvor godt det optimerede design af W7-X reducerer neoklassisk transport, "Sagde Pablant. Til sammenligning, han tilføjede, "Ikke-optimerede stellaratorer har klaret sig meget dårligt" med at kontrollere problemet.

Yderligere fordel

En yderligere fordel ved det optimerede design er, at det afslører, hvor størstedelen af ​​transporten i W7-X-stjerne nu kommer fra. "Dette giver os mulighed for at bestemme, hvor meget turbulent transport der foregår i kernen af ​​plasmaet, "Pablant sagde." Undersøgelsen markerer det første skridt i at vise, at højtydende stjernestyringsdesign som W-7X er en attraktiv måde at producere en ren og sikker fusionsreaktor på. "