Fodring af fusion:brint-is-pellets viser sig at være effektive til at brænde fusionsplasmaer

Forskere har fundet ud af, at indsprøjtning af brint-is i stedet for at puste brintgas forbedrer fusionsydelsen ved DIII-D National Fusion Facility, som General Atomics driver for det amerikanske energiministerium (DOE). Undersøgelser udført af fysikere baseret på DOE's Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) og Oak Ridge National Laboratory (ORNL) sammenlignede de to metoder, ser frem til brændstoftanken, der vil blive brugt i ITER, det internationale fusionseksperiment under opbygning i Frankrig.

Forbedre temperaturen

Forskerne viste, at iskolde brintpiller forbedrer temperaturen af ​​fusionsplasmaet sammenlignet med gasbrændstofmetoden, der nu typisk bruges i doughnut-formede fusionsfaciliteter kaldet tokamaks. Højere temperaturer er gavnlige for fusionsreaktionerne. Resultaterne på DIII-D er opmuntrende for ITER, som planlægger at bruge pelletindsprøjtning til at brænde sin varme indre kerne.

Fusion, kraften, der driver solen og stjernerne, kombinerer lette grundstoffer i form af plasma - stoffets tilstand, der består af positivt ladede atomkerner og negativt ladede elektroner - for at skabe enorme mængder energi. Forskere søger at replikere fusion på Jorden for en sikker, ren og praktisk talt uudtømmelig strømforsyning til at generere elektricitet.

En udfordring for at producere fusionsenergi er, hvordan man får koldt brintbrændstof ind i den varme plasmakerne. Solen har al den brint, den har brug for i milliarder af år, men fusionsreaktorer på Jorden skal konstant føde brint ind i plasmaet for at opretholde fusionsreaktionerne. At puste gas ved stuetemperatur er den mest almindelige måde at injicere brint på i nuværende eksperimenter.

Større og varmere

Imidlertid, efterhånden som fusionsreaktorer bliver større og varmere, bliver det sværere for gassen at trænge ind i kernen af ​​reaktoren, hvor fusionsreaktioner finder sted. Der skal således udvikles nye metoder til at fodre fusionskernen uden at forringe plasmaydelsen.

Den fælles forskningsindsats om DIII-D sammenlignede de to brændstofmetoder i højtydende plasmaer planlagt til ITER. Eksperimenterne afslørede et betydeligt højere tryk af plasma - en nøgle til fusionsreaktioner - ved hjælp af brint-is sammenlignet med gasinjektion, når brændstofhastigheden er nogenlunde ligeligt afstemt mellem de to metoder.

"Brændstofpåfyldningen spiller en stor rolle i kanten af ​​plasmaydelsen, " sagde Andrew "Oak" Nelson, en kandidatstuderende i programmet i Plasmafysik ved Princeton University og førsteforfatter til Nuclear Fusion-artiklen, der beskriver disse resultater. Nelson er en del af et multi-institutionelt team, der omhyggeligt designede og udførte eksperimenterne.

Forskere ved ORNL

Teknologien til indsprøjtning af ispillerne er udviklet af forskere ved ORNL. Fortolkning af de eksperimentelle resultater kræver sofistikerede videnskabelige instrumenter udviklet af flere samarbejdende institutioner om DIII-D. "Det er fantastisk at se, hvordan vores multi-institutionelle indsats gik sammen for at tackle dette vigtige brændstofspørgsmål for ITER og fremtidige reaktorer, " sagde Morgan Shafer, en ledende forsker ved ORNL og en medforfatter til papiret.

Forskningen viser også, hvordan kandidatstuderende kan yde vigtige bidrag til fusionsenergi ved at arbejde på disse store nationale forskningsfaciliteter. "For en kandidatstuderende at spille en vigtig rolle i denne eksperimentelle undersøgelse af DIII-D er det imponerende, sagde Egemen Kolemen, en PPPL og Princeton University fysiker, der var rådgiver for projektet. "Oaks succes viser, hvordan store fusionseksperimenter giver betydelige lederskabsmuligheder for studerende og forskere i den tidlige karriere."