Overraskende attraktivitet af en hindring for at udvikle sikker, ren og kulfri energi

Forskere har opdaget den bemærkelsesværdige virkning af at vende en standardmetode til at bekæmpe en vigtig hindring for at producere fusionsenergi på Jorden. Teoretikere ved det amerikanske energiministeriums (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har foreslået at gøre præcis det modsatte af den foreskrevne procedure for markant at forbedre fremtidige resultater.

Rive huller i plasma

Problemet, kaldet "låste rivetilstande", opstår i alle nutidens tokamaks, doughnut-formede magnetiske faciliteter designet til at skabe og kontrollere den praktisk talt ubegrænsede fusionskraft, der driver solen og stjernerne. De ustabilitetsfremkaldte tilstande roterer med det varme, ladede plasma - den fjerde tilstand af stof, der består af frie elektroner og atomkerner, der brænder for fusionsreaktioner - og rivehuller kaldet øer i det magnetiske felt, der begrænser gassen, hvilket tillader lækage af nøglevarme .

Disse øer vokser sig større, når tilstandene holder op med at rotere og låses på plads, en væksthastighed, der øger varmetabet, reducerer plasmaydelsen og kan forårsage forstyrrelser, der tillader energien, der er lagret i plasmaet, at ramme og beskadige tokamaksens indre vægge. For at undgå sådanne risici sender forskere nu mikrobølger ind i plasmaet for at stabilisere tilstandene, før de kan låse.

PPPL-resultaterne tyder dog stærkt på, at forskere stabiliserer tilstandene i store, næste generation af tokamaks, efter at de er låst. I nutidens tokamaks "låser disse tilstande hurtigere, end folk havde troet, og det bliver meget sværere at stabilisere dem, mens de stadig roterer," sagde Richard Nies, en ph.d.-studerende i Princeton-programmet i Plasmafysik og hovedforfatter af en Nuklear Fusion papir, der redegør for de overraskende resultater.

En anden ulempe, tilføjede han, er, at "disse mikrobølger øger deres bredde ved at bryde plasmaet, hvilket gør stabiliseringen af ​​tilstanden, mens den roterer endnu mindre effektiv i dag, og dette problem er blevet mere forværret i de senere år."

Ledsager til disse problemer er det faktum, at i store fremtidige tokamaks som ITER, den internationale facilitet under opførelse i det sydlige Frankrig, "er plasmaet så enormt, at rotationen er meget langsommere, og disse tilstande låser ret hurtigt, når de stadig er ret små. " sagde Nies. "Så det vil være meget mere effektivt at skifte stabiliseringspakken op i store fremtidige tokamaks og lade dem først låse og derefter stabilisere dem."

Denne vending kunne lette fusionsprocessen, som forskere rundt om i verden søger at reproducere. Processen kombinerer lette elementer i form af plasma for at frigive enorme mængder energi. "Dette giver en anden måde at se tingene på og kunne være en meget mere effektiv måde at håndtere problemet på," sagde Allan Reiman, en fremtrædende forskningsstipendiat og medforfatter af papiret. "Folk bør tage muligheden for at lade øerne låse mere alvorligt," sagde Reiman.

Tæt på at forstyrre

Det er usandsynligt, at den anbefalede teknik virker i nutidens tokamaks, fordi rivende øer vokser så hurtigt og er så store, når de låser disse faciliteter ind, at plasmaet er tæt på at forstyrre, når det først er låst. Det er derfor, forskere nu skal bruge store mængder strøm til at stabilisere tilstandene på bekostning af at begrænse fusionsoutput. I modsætning hertil lader den langsomme vækst af øer i næste generation af tokamaks "lang vej tilbage, før du har en forstyrrelse, så der er meget tid til at stabilisere tilstanden," sagde Nies.

Når tilstandene i fremtidige tokamaks er låst på plads, kan mikrobølger målrette dem direkte i stedet for kun at stabilisere dem, når de roterer forbi mikrobølgestrålen i nuværende faciliteter. "Disse teoretiske beregninger viser effektiviteten af ​​det, vi foreslår," påpegede Nies.

Det, der nu er nødvendigt, er eksperimenter for at teste den foreslåede fremgangsmåde, sagde han. "Vi ønsker ikke at tænde for ITER og først derefter finde ud af, hvilken strategi der virker. Der er reel mulighed for at udforske den fysik, som vi behandler i nuværende enheder." + Udforsk yderligere

Avanceret computerkode kunne fremme indsatsen for at udnytte fusionsenergi