Nye fund kan hjælpe forskere med at tæmme skadelige varmeudbrud i fusionsreaktorer

Forestil dig en kraftig vind, der blæser mod et træ, indtil det er væltet. En sådan handling ville efterligne den proces, der får skadelige varmeudbrud kaldet kantlokaliserede tilstande (ELM'er) til at blusse op i fusionsfaciliteter kaldet tokamaks, som videnskabsmænd bruger til at udvikle den fusionsenergi på Jorden, der driver solen og stjernerne. Sådanne varmeudbrud opstår normalt, når trykket ved kanten af ​​den varme plasmagas, der driver fusionsreaktioner, når et højdepunkt, får varme til at bryde ud mod tokamakens vægge, meget som et træ, der endelig vælter i en voksende vind.

Imidlertid, forskere ved det amerikanske energiministeriums (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har for nylig fundet ud af, at varmeudbruddene nogle gange kan forekomme under genopretningen fra udbrud - hvilket giver ny indsigt i, hvad der udløser udbruddene. Fundene, baseret på data indsamlet fra tidligere eksperimenter på DIII-D National Fusion Facility, som General Atomics driver for DOE i San Diego, Californien, kunne hjælpe med at tæmme de potentielt skadelige processer.

Netværk af bølger

"Sæt prikkerne sammen, vi fandt ud af, at et netværk af interagerende bølger pludselig spiller en rolle i ELM-processen under genopretning, sagde Julien Dominski, en PPPL-fysiker og hovedforfatter til et papir, der beskriver resultaterne i Plasmafysik og kontrolleret fusion . "Disse bølger kommer sammen og udveksler brat energi, " sagde Dominski, "får 'piedestalen' ved kanten af ​​plasmaet til at styrte ned og frigive varmeudbrud."

Dette netværk, som består af triader af bølger, er nøglen til udløsningen, sagde Dominski. "Nogle gange kan netværket være begejstret uden at forårsage det bratte nedbrud, " sagde han. "Dette gjorde det muligt for os at se nærmere på den fysik, der styrer dette nye billede."

Resultaterne vokser fra bestræbelser på at reproducere fusionsreaktioner, der kombinerer lette elementer i form af plasma - stoffets tilstand sammensat af frie elektroner og atomkerner, der udgør 99 procent af det synlige univers - for at generere enorme mængder energi i solen og stjerner. Tokamaks er de mest populære enheder, som videnskabsmænd over hele verden bruger i eksperimenter til at fange og kontrollere fusionsenergi, i håb om at skabe en næsten uudtømmelig forsyning af sikker og ren strøm til at generere elektricitet.

Nyt billede

"De nye resultater er et spirende billede for den udløsende mekanisme af ELM'er, " sagde Ahmed Diallo, en PPPL-fysiker og medforfatter til papiret. "At opdage dette netværk åbner et nyt kapitel i undersøgelsen af ​​ELM'er."

Sammenfaldende med disse netværk, fysikerne fandt, er forstyrrelser ved kanten af ​​plasmaet forårsaget af en enhed kaldet en neutral beam injector (NBI), der bruges til at opvarme og brænde plasmaet. Millisekundintervallerne mellem NBI-forstyrrelser svarer til intervallerne mellem netværksforekomster, bemærkede forskerne. "At skabe denne forbindelse var spændende og gav os et indblik i en ny måde at udløse ELM'er på, " sagde forfatterne.

Forskerne sigter dernæst mod at udføre eksperimenter for at studere, hvordan triggere for ELM'er kan variere og teste brugen af ​​NBI-stråler til at kontrollere udbruddene. Støtte til denne forskning kommer fra DOE Office of Science.