Forskere udforsker radiobølgernes kraft for at hjælpe med at kontrollere fusionsreaktioner

En vigtig udfordring for at fange og kontrollere fusionsenergi på Jorden er at opretholde stabiliteten af ​​plasma - den elektrisk ladede gas, der brænder for fusionsreaktioner - og holde den millioner af grader varm for at starte og vedligeholde fusionsreaktioner. Denne udfordring kræver at kontrollere magnetiske øer, boblelignende strukturer, der dannes i plasmaet i doughnut-formede tokamak-fusionsfaciliteter. Disse øer kan vokse, afkøle plasmaet og udløse forstyrrelser - den pludselige frigivelse af energi, der er lagret i plasmaet - der kan standse fusionsreaktioner og alvorligt beskadige fusionsfaciliteterne, der huser dem.

Forbedret ø-kontrol

Forskning udført af videnskabsmænd ved Princeton University og ved US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) peger i retning af forbedret kontrol over de besværlige magnetiske øer i ITER, den internationale tokamak under opførelse i Frankrig, og andre fremtidige fusionsanlæg, der ikke kan tillade store forstyrrelser. "Denne forskning kunne åbne døren til forbedrede kontrolordninger, der tidligere blev anset for uopnåelige, " sagde Eduardo Rodriguez, en kandidatstuderende i Princeton-programmet i Plasmafysik og førsteforfatter til et papir i Plasmas fysik der rapporterer resultaterne.

Forskningen følger op på tidligere arbejde af Allan Reiman og Nat Fisch, som identificerede en ny effekt kaldet "RF [radiofrekvens] strømkondensering", der i høj grad kan lette stabiliseringen af ​​magnetiske øer. Den nye Plasmas fysik papir viser, hvordan man udnytter effekten optimalt. Reiman er en fremtrædende forsker ved PPPL, og Fisch er professor ved Princeton University og direktør for Princeton -programmet i plasmafysik og associeret direktør for akademiske anliggender på PPPL.

Fusionsreaktioner kombinerer lette elementer i form af plasma - stoffets tilstand sammensat af frie elektroner og atomkerner - for at generere enorme mængder energi i solen og stjernerne. Forskere over hele verden søger at reproducere processen på Jorden for en praktisk talt uudtømmelig forsyning af sikker og ren strøm til at generere elektricitet til hele menneskeheden.

Det nye papir, baseret på en forenklet analysemodel, fokuserer på brug af RF -bølger til at opvarme øerne og drive elektrisk strøm, der får dem til at skrumpe og forsvinde. Når temperaturen bliver tilstrækkelig høj, komplicerede interaktioner kan forekomme, der fører til RF-strømkondensationseffekten, som koncentrerer strømmen i midten af ​​øen og i høj grad kan forbedre stabiliseringen. Men når temperaturen stiger, og gradienten af ​​temperaturen mellem den koldere kant og det varme indre af øen bliver større, gradienten kan drive ustabiliteter, der gør det sværere at øge temperaturen yderligere.

Punkt-kontrapunkt

Dette punkt-kontrapunkt er en vigtig indikator for, om RF-bølgerne vil opnå deres stabiliserende mål. "Vi analyserer samspillet mellem den nuværende kondensering og den øgede turbulens fra den gradient, opvarmningen skaber for at afgøre, om systemet er stabiliseret eller ej, " siger Rodriguez. "Vi ønsker, at øerne ikke skal vokse." Det nye papir viser, hvordan man styrer bølgernes kraft og sigte for at udnytte RF-strømmens kondenseringseffekt optimalt, under hensyntagen til ustabiliteten. Fokus på dette kan føre til forbedret stabilisering af fusionsreaktorer, " sagde Rodriguez.

Forskerne planlægger nu at introducere nye aspekter i modellen for at udvikle en mere detaljeret undersøgelse. Sådanne trin omfatter arbejdet med at inkludere kondenseringseffekten i computerkoder for at modellere opførselen af ​​udsendte RF-bølger og deres sande effekt. Teknikken vil i sidste ende blive brugt til at designe optimale ø-stabiliseringsordninger.