Negativ triangularitet - en positiv for tokamak-fusionsreaktorer

Tokamak-enheder bruger stærke magnetiske felter til at begrænse og forme plasmaet, der indeholder det brændstof, der opnår fusion. Plasmaets form påvirker letheden eller vanskeligheden ved at opnå en levedygtig fusionskraftkilde. I en konventionel tokamak, plasmaens tværsnit er formet som det store bogstav D. Når den lige del af D'et vender mod "doughnut-hullet"-siden af ​​den doughnutformede tokamak, denne form kaldes positiv trekantethed. Når plasmatværsnittet er i en baglæns D-form, og den buede del af D'et vender mod "donut-hullet"-siden, så kaldes denne form negativ trekantethed. Ny forskning viser, at negativ trekantethed reducerer, hvor meget plasmaet interagerer med tokamaksens plasma-vendende materialeoverflader. Denne konstatering peger på kritiske fordele for at opnå nuklear fusionskraft.

En af udfordringerne inden for fusionsenergividenskab og -teknologi er, hvordan man bygger fremtidige kraftværker, der kontrollerer plasmaer, der er mange gange varmere end solen. Ved disse ekstreme temperaturer, vekselvirkninger mellem plasmaet og kraftreaktorens materialevægge skal kontrolleres og minimeres. Uønskede interaktioner opstår på grund af turbulens i grænseområdet af plasmaet. Denne forskning viser, at grænseturbulensen i plasmaer med negativ triangularitet er meget reduceret sammenlignet med den, der forekommer i plasmaer med positiv triangularitetsform. Som resultat, de uønskede interaktioner med de plasma-vendte vægge er også meget reduceret, fører i princippet til længere levetid for væggen og en reduktion af risikoen for beskadigelse af væggen, noget, der kunne lukke en reaktor ned.

Forskere ved, at i tokamak fusionsudstyr, kerneplasmaformer med negativ trekantethed udviser en væsentlig stigning i energiindeslutning sammenlignet med plasmaer med positiv trekantethed. Negative trekantede plasmaformer viser også reduktioner i fluktuationsniveauerne for kerneelektrontemperaturen og -densiteten. Dette gør i sig selv negative trekantede plasmaer til lovende kandidater til en fremtidig fusionskraftreaktor.

Den nye forskning, der er rapporteret her, viser, at tegnet og graden af ​​trekantethed også har en stor effekt på plasmakantdynamik og effekt- og partikeludstødningsegenskaber, men videnskabsmænd ved relativt lidt om sådanne effekter. Disse eksperimenter ved Tokamak à Configuration Variable (TCV), beliggende på École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) i Lausanne, Schweiz, afslørede en stærk reduktion af grænse-plasma-fluktuationer og plasma-interaktion med den modstående væg til tilstrækkeligt negative triangularitetsværdier. Forskerne observerede virkningerne på tværs af en bred vifte af tætheder i både indvendige væg-begrænsede og afledte plasmaer. Denne stærke reduktion i plasma-væg-interaktion ved tilstrækkelig negativ trekantethed styrker udsigterne til plasmaer med negativ trekantethed som en potentiel reaktoropløsning.

Forskningen blev offentliggjort i Kernefusion .