Tutkittu: optimaaliset magneettikentät tungemaksien epävakauden tukahduttamiseksi

Anonim

Fuusio, valta, joka ajaa aurinkoa ja tähtiä, tuottaa valtavia määriä energiaa. Tutkijat täällä maan päällä pyrkivät jäljittelemään tätä prosessia, joka sulaa kevyitä elementtejä vapaan elektronien ja atomien ytimistä koostuvan kuuman, chargeisen plasman muodossa ja luo käytännöllisesti katsoen ehtymättömän sähköntuotannon, mikä voidaan kutsua "tähtenä purkki. "

Pitkäaikainen palapeli pyrittäessä saamaan maapallon fuusion voiman on vähentää tai poistaa yhteinen epävakaus, joka ilmenee plasman nimeltä reuna-paikallistiloissa (ELM). Aivan kuten aurinko vapauttaa valtavia energiapurskeja auringonpaisteiden muodossa, niin ELM: n repäisevät räjähdykset voivat syttyä donutmuotoisten tokamaksien seinämiin, jotka tuottavat fuusioreaktioita ja voivat vahingoittaa reaktorin seiniä.

Ripples ohjaa uusia purskeita

Näiden purskeiden hallitsemiseksi tutkijat häiritsevät plasmaa pienillä magneettisilla aaltoilla, joita kutsutaan resonoiviksi magneettisiksi häiriöiksi (RMP: t), jotka vääristävät plasmasta vapautuvan liiallisen paineen sileää, halkeamaa muotoa, joka vähentää tai estää ELM: iden esiintymistä. Kova osa tuottaa juuri oikean määrän tätä 3-D-vääristymää ELM: n poistamiseksi ilman muita häiriöitä ja vapauttaa liikaa energiaa, joka pahimmassa tapauksessa voi johtaa merkittävään häiriöön, joka lopettaa plasman.

Tehtävän tekeminen poikkeuksellisen vaikeaksi on se, että plasmaan voidaan soveltaa virtuaalisesti rajoittamatonta magneettista vääristymää, mikä aiheuttaa juuri oikeanlaisen vääristymän löytämisen olevan ylimääräinen haaste. Mutta enää.

Yhdysvaltain energiaministeriön (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) fyysikko Jong-Kyun puisto, joka työskentelee yhteistyössä Yhdysvaltojen ja Korean kansallisen fuusiotutkimuslaitoksen (NFRI) kanssa, ovat onnistuneesti ennustaneet koko joukon hyödyllisiä 3-D-vääristymiä ELM: iden hallitsemiseksi ilman suurempia ongelmia. Tutkijat vahvistivat nämä ennusteet korealaisesta johtavasta Tokamak Advanced Research -työjärjestelystä (KSTAR), joka on yksi maailman edistyksellisimmistä suprajohtavista tokamakseista, joka sijaitsee Daejeonissa, Etelä-Koreassa.

KSTAR sopii testeihin

KSTAR oli ihanteellinen testaamaan ennusteita sen kehittyneiden magneettiohjainten ansiosta tarkkojen vääristymien aikaansaamiseksi plasman lähes täydellisessä, donitsi-muotoisessa symmetriassa. Hyödyllisimpien vääristymien tunnistaminen, jotka ovat alle prosentti kaikista mahdollisista vääristymistä, joita voitaisiin tuottaa KSTAR: n sisällä, olisi ollut käytännössä mahdotonta ilman tutkimusryhmän kehittämän ennustavan mallin.

Tulos oli ennakkotapahtuma. "Näytämme ensimmäistä kertaa koko 3-D-kenttätoimintaikkunan tokamakissa, joka tukahduttaa ELM: t sekoittamatta ydinvoimavaroja tai liiallisen hajoamisen", sanoi Park, jonka paperi on kirjoitettu 14 yhdysvaltalaisten ja etelä- julkaistaan luonnontieteellisissä julkaisuissa. "Pitkän ajan ajattelemme, että olisi liian laskennallisesti vaikeaa tunnistaa kaikki hyödylliset symmetria-rikkoutuvat kentät, mutta työmme osoittaa nyt yksinkertaisen menettelyn kaikkien sellaisten kokoonpanojen määrittämiseksi."

Tutkijat pienensivät laskutoimitusten monimutkaisuutta, kun he huomasivat, että plasmassa voi vääristää tapoja, jotka ovat todella paljon pienempiä kuin mahdolliset 3-D-kentät, joita voidaan käyttää plasmassa. Tekemällä taaksepäin, vääristymistä 3-D-kenttiin, kirjoittajat laskivat tehokkaimmat kentät ELM: n poistamiseksi. KSTAR-kokeet vahvisti ennusteet huomattavan tarkasti.

Tulokset tarjoavat uutta luottamusta

KSTARin tulokset tuovat uutta luottamusta kykyyn ennustaa optimaalisia 3D-kenttiä Ranskassa rakenteilla olevaan kansainväliseen tokamak ITERiin, joka aikoo käyttää erityisiä magneetteja 3-D-vääristymien tuottamiseksi ELM: ien hallitsemiseksi. Tällainen valvonta on tärkeä ITERille, jonka tavoitteena on tuottaa 10 kertaa enemmän energiaa kuin plasmassa. Paperin kirjoittajat, "tässä tutkimuksessa käytetty menetelmä ja periaate voivat merkittävästi parantaa monimutkaisen 3-D-optimoinnin tehokkuutta ja uskollisuutta tokamaksissa."

menu
menu