Atrasta: optimalaus magnetinio lauko, skirto blokuoti nestabilumą tokamakuose

Anonim

"Fusion" - jėga, kuri valdo saulę ir žvaigždes, gamina daugybę energijos. Mokslininkai čia Žemėje siekia atkartoti šį procesą, kuris sujungia šviesos elementus karštos, įkraunamos plazmos, sudarytos iš laisvųjų elektronų ir atominių branduolių, formą, sukuriant beveik neišsenkantį elektros energijos tiekimą, kuris gali būti vadinamas "žvaigždute" jar ".

Ilgalaikis galvosūkis pastangoms sugerti branduolio sintezę į Žemę yra tai, kaip sumažinti ar pašalinti bendrą nestabilumą, kuris atsiranda plazmoje, vadinamu krašto lokalizuotu režimu (ELM). Kaip saulė išskiria milžiniškus energetinius sprogus kaip saulės spindulių, tokios įkvėpimo formos ELM sprogimai gali įsibrauti į spenelių formos tokakų sienas, kuriose yra reakcijų su sintezėmis reakcijos, galinčios pakenkti reaktoriaus sienoms.

Ripples kontroliuoja naujus sprogimus

Norint kontroliuoti šias sprogimo priežastis, mokslininkai trukdo plazmui su mažais magnetiniais spinduliais, vadinamais rezonansiniais magnetiniais pasipriešinimais (RVP), kurie iškreipia sklandžią plazmos išsiskleidimo perteklinio slėgio formą, kuri mažina arba neleidžia susidaryti ELM. Sunkioji dalis sukuria tik reikiamą šio 3-D iškraipymo kiekį, kad pašalintų ELM, nesukeldami kitų nestabilumų ir išleido per daug energijos, o blogiausiu atveju gali sukelti didelį sutrikimą, kuris nutraukia plazmą.

Uždavinys yra itin sudėtingas, nes plazmui gali būti naudojamas beveik beribis magnetinių iškraipymų skaičius, todėl tiksliai atrodyti, kad iškraipymai yra ypatingi iššūkiai. Bet nebe.

Prinstono plazmos fizikos laboratorijos (PPPL) fiziko Jong-Kyu parkas (JAV), bendradarbiaudamas su Jungtinių Amerikos Valstijų bendradarbiais ir Nacionaliniu branduolių sintezės tyrimų institutu (NFRI) Korėjoje, sėkmingai prognozavo visą rinkinį naudingų 3-D iškraipymų, skirtų ELM valdymui, nesukeliant daugiau problemų. Tyrėjai patvirtino šias prognozes Korėjos "Superconductive Tokamak Advanced Research" (KSTAR) įrenginyje - viename iš labiausiai pažengusių pasaulyje superlaiukių tokamikų, esančių Daejeone, Pietų Korėjoje.

KSTAR idealiai tinka bandymams

KSTAR buvo idealus testų prognozėms dėl jo pažangių magnetų kontrolės, kad būtų galima tiksliai iškraipyti beveik tobulą, spindesio formos plazmos simetriją. Nustatant labiausiai naudingus iškraipymus, kurie sudaro mažiau nei vieną procentą visų galimų iškraipymų, kurie galėtų būti sukurti KSTAR viduje, būtų beveik neįmanoma be mokslinių tyrimų grupės parengto prognozavimo modelio.

Rezultatas buvo precedento nustatymo pasiekimas. "Mes pirmą kartą demonstruojame visą taktinį 3-D lauko veikimo langą tokamakui, kuris slopina ELM, nekeisdamas pagrindinių nestabilumo ar pernelyg žeminančio gimdymo", - sakė Parkas, kurio parašyta 14 šalių iš Jungtinių Amerikos Valstijų ir Pietų Korėjos - yra paskelbtas gamtos fizikoje. "Ilgą laiką mes manėme, kad būtų sunku apskaičiuoti visas naudingas simetriją sudarančias sritis, tačiau mūsų darbas dabar rodo paprastą procedūrą, skirtą nustatyti visų tokių konfigūracijų rinkinį."

Tyrėjai sumažino skaičiavimų sudėtingumą, kai suprato, kad plazmos iškraipymo būdų skaičius iš tikrųjų yra daug mažesnis nei galimų 3-D laukų, kurie gali būti taikomi plazmui, spektras. Atlikdami darbus atgal, iškraipydami 3-D laukus, autoriai apskaičiavo efektyviausius laukus ELM pašalinimui. KSTAR eksperimentai patvirtino prognozes su nuostabiu tikslumu.

Išvados pateikia naują pasitikėjimą

KSTAR išvados suteikia naują pasitikėjimą galimybe prognozuoti optimalius 3-D laukus, skirtus ITER, tarptautiniam tokamakui, kuris yra statomas Prancūzijoje, kuriame planuojama naudoti specialius magnetus, kad būtų galima išgauti 3-D iškraipymus, kad būtų galima kontroliuoti ELM. Tokia kontrolė bus gyvybiškai svarbi ITER, kurios tikslas - pagaminti 10 kartų daugiau energijos nei reikia plazmos šildymui. Straipsnio autoriai teigia, "šiame tyrime priimtas metodas ir principas gali žymiai pagerinti sudėtingo 3-D optimizavimo proceso efektyvumą ir tikslumą tokamakoje".

menu
menu