Forskere udvikler et nyt værktøj til måling af radiobølger i fusionsplasmaer

Forskere, der søger at bringe fusionsenergien, der driver solen og stjernerne, til jorden bruger radiofrekvensbølger (de samme bølger, der bringer radio og fjernsyn ind i hjemmene) til at opvarme og drive strøm i plasmaet, der brænder fusionsreaktioner. Forskere har nu udviklet en sti-indstilling til måling af de bølger, der kan bruges til at validere forudsigelser af deres indvirkning, sætte scenen for forbedrede fremtidige eksperimenter, der kan resultere i at bringe energi fra fusion til Jorden.

Potentielt gennembrud

Det potentielle gennembrud, ledet af forskere ved US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), kan føre til opfølgningsforsøg på National Spherical Tokamak Experiment-Upgrade (NSTX-U), flagskibsfusionseksperimentet på PPPL, der er under reparation, samt andre fusionsfaciliteter rundt om i verden. "Hvis vores metode viser sig at fungere, ville det være et meget nyttigt værktøj til mange fusionsreaktorer, "sagde Grant Rutherford, en førsteårs kandidatstuderende ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) og hovedforfatter af et papir i Gennemgang af videnskabelige instrumenter at han skrev som Brown University DOE Science Undergraduate Laboratory Intern (SULI) hos PPPL.

Nøglen til at forudsige virkningen af ​​RF -bølger er måling af udsvingene, eller gynger, de skaber i tætheden af ​​fusionsplasmaer. "Når vi har disse udsving, ville vi være i stand til at arbejde baglæns for at se, hvad disse RF -felter var, der skabte udsvingene, "Sagde Rutherford.

Imidlertid, den høje frekvens af RF -bølger får svingningerne til at forekomme for hurtigt til at måle. Så forskerne skabte en "beatbølge" ved at lancere to bølger med forskellige frekvenser, en teknik, der producerede målbare gynger. "Hvis vi var i stand til både at oprette en beatbølgesvingning og måle den, vi ville have et nyt værktøj til validering af forudsigelser for RF -opvarmning og strømdrev, "Forklarede Rutherford.

Sådanne målinger ville have vidtrækkende fordele. For eksempel, de kunne lette undersøgelse af ydeevnen for RF -bølgeaktuatorer, sagde PPPL -fysiker Nicola Bertelli, medforfatter af papiret, og kunne muliggøre validering af RF -beregningsværktøjer udviklet i hele fusionssamfundet. I øvrigt, sagde David Smith, en fysiker fra University of Wisconsin og medforfatter af papiret, "Vores beregninger giver en indledende vurdering af teknikken og motiverer opfølgende forsøg på NSTX-U."

Fusionsreaktioner kombinerer lette elementer i form af plasma - det varme, ladet tilstand af stof sammensat af frie elektroner og atomkerner, der udgør 99 procent af det synlige univers - til at generere enorme mængder energi. Reproducering og kontrol af denne proces på Jorden ville skabe en praktisk talt uudtømmelig forsyning af sikker og ren strøm til at generere elektricitet. Fusion kan blive en vigtig bidragsyder til den amerikanske overgang fra fossile brændstoffer til en lavemissionskilde til elektrisk produktion.

Test af teknikken

Rutherford og medforfattere testede deres teknik ved at oprette en syntetisk version af en 2D-stråleemissionsspektroskopi (BES) -diagnostik for at evaluere simulerede RF-injektioner i plasmaet. Deres mål var at forstå og forbedre evnen til at måle de RF -feltbølger, der skaber svingningerne.

Fremadrettet, "Vi håber, at ved at øge vores evne til at måle, vi vil øge vores evne til at forstå opvarmning og aktuelle drivprocesser, men vi overlader det til fremtidigt arbejde, "Rutherford sagde. Sådan arbejde kan også vise, om den BES -diagnostik, forskerne baserede deres model på, kunne måle tæthedsudsvingene i egentlige fusionsplasmaer, eller om en anden diagnostik ville gøre det kritiske job bedre.