Supersoniska jetstrålar avfyrade från 7 plasmapistoler kolliderar i PLX-testskjutningar. Förutom att felsöka maskinen, experimenten ger data för att verifiera modeller av kolliderande plasma som är viktiga för astrofysik, aeronautik, och olika kontrollerade fusionsscheman. Kredit:Los Alamos National Laboratory
Monteringen av Plasma Liner Experiment (PLX) vid Los Alamos National Laboratory är väl igång med installationen av 18 av 36 plasmakanoner i en ambitiös strategi för att uppnå kontrollerad kärnfusion (Figur 1). Plasmakanonerna är monterade på en sfärisk kammare, och skjut överljudsstrålar av joniserad gas inåt för att komprimera och värma ett centralt gasmål som fungerar som fusionsbränsle. Sålänge, experiment utförda med de för närvarande installerade plasmapistolerna ger grundläggande data för att skapa simuleringar av kolliderande plasmastrålar, som är avgörande för att förstå och utveckla andra kontrollerade fusionssystem.
De flesta fusionsexperiment använder antingen magnetisk inneslutning, som förlitar sig på kraftfulla magnetfält för att innehålla en fusionsplasma, eller tröghetsinneslutning, som använder värme och kompression för att skapa förutsättningar för fusion.
PLX-maskinen kombinerar aspekter av både magnetiska inneslutningsfusionsscheman (t.ex. tokamaks) och tröghetsinneslutningsmaskiner som National Ignition Facility (NIF). Hybridmetoden, även om de är mindre tekniskt mogna än rena magnetiska eller tröga inneslutningskoncept, kan erbjuda en billigare och mindre komplex utvecklingsväg för fusionsreaktorer. Som tokamaks, bränsleplasman magnetiseras för att minska förluster av partiklar och värmeenergi. Som tröghetsinneslutningsmaskiner, ett kraftigt imploderande skal (plasmalinern) komprimerar och värmer snabbt bränslet för att uppnå fusionsförhållanden. Istället för att NIF:s utbud av högeffektlasrar driver en solid kapsel, PLX förlitar sig på överljudsplasmajets avfyrade från plasmapistoler.
PLX har en ytterligare fördel:Eftersom fusionsbränslet och fodret initialt injiceras som en gas, och plasmapistolerna är placerade relativt långt från det imploderande bränslet, maskinen kan avfyras snabbt utan skador på maskinkomponenterna eller behov av byte av kostsamma bearbetade mål.
Hälften av de 36 överljudsplasmastrålar som kommer att utgöra Plasma Liner Experiment vid Los Alamos National Laboratory har installerats. De återstående strålarna kommer att läggas till och experiment med helt sfäriska plasmaliner kommer att påbörjas i slutet av 2020. Kredit:Los Alamos National Laboratory
"Vi kommer att genomföra experiment i år för att studera bildandet av ett halvsfäriskt foder med 18 kanoner installerade, " sa Dr Samuel Langendorf, en forskare med laboratoriets Experimental Physics Group som leder sammansättningen av PLX. "Vi hoppas kunna slutföra installationen av de återstående 18 kanonerna i början av 2020 och att genomföra helt sfäriska experiment i slutet av 2020. Detta kommer att tillåta oss att mäta skalningen av liner ramtrycket vid stagnation såväl som linerns enhetlighet, som är viktiga mått på linerns prestanda."
I delvis färdigställt skick, PLX-pistolerna har visat sig användbara i studier som Dr. Tom Byvank utför på kolliderande plasma (Figur 2).
"Olika modeller visar avvikelser i simuleringarna av plasmakollisioner som involverar flera jonarter, sade Dr Byvank, en postdoc i gruppen Experimentell fysik. "Våra experimentella observationer av dessa plasma hjälper till att validera simuleringar som är viktiga för att förstå hög energitäthet, överljudsplasma som påträffas i astrofysik, aerodynamik och olika plasmafusionsmaskiner, inklusive PLX magneto-tröghetsfusionsmetod och möjligen även tröghetsinneslutningsdesigner som National Ignition Facility."
