• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Bygger en stjärna i en mindre burk

    PPPL-fysiker Devon Battaglia med grafer som illustrerar fusionsplasma i förbättrat piedestal H-läge. Kredit:Elle Starkman

    Forskare vid US Department of Energys (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har fått en bättre förståelse för en lovande metod för att förbättra inneslutningen av superhet fusionsplasma med hjälp av magnetfält. Förbättrad plasmainneslutning skulle kunna göra det möjligt att bygga en fusionsreaktor som kallas en sfärisk tokamak mindre och billigare, flytta världen närmare att återskapa den fusionsenergi som driver solen och stjärnorna på jorden.

    Den förbättrade inneslutningen möjliggörs av det så kallade förbättrade piedestal (EP) H-läget, en mängd olika högpresterande, eller H-läge, plasmatillstånd som har observerats i decennier i tokamaks runt om i världen. När en fusionsplasma går in i H-läge, det kräver mindre uppvärmning för att nå de superheta temperaturer som krävs för fusionsreaktioner.

    Den nya förståelsen avslöjar några av de underliggande mekaniken i EP H-mode, ett tillstånd som forskare upptäckte för mer än ett decennium sedan. Forskare ledda av fysiker vid PPPL har nu funnit att EP H-läget förbättrar H-läget i sfäriska tokamaks genom att sänka densiteten på plasmakanten.

    Den reducerade densiteten uppstår i EP H-läge när små instabiliteter i plasmakanten stöter ut relativt kallt, lågenergipartiklar. Med färre kalla partiklar att stöta in i, de varmare partiklarna i plasman är mindre benägna att läcka ut.

    "Eftersom de högre energipartiklarna stannar i plasman i större mängder, de ökar trycket i plasman, mata instabiliteterna som kastar ut kallare partiklar och ytterligare sänka kanttätheten, " sa PPPL fysiker Devon Battaglia, huvudförfattare till en artikel som rapporterar resultaten i Plasmas fysik . "I sista hand, den slumpmässiga interaktionen gör att plasman förblir varmare med samma uppvärmning och liten förändring av den genomsnittliga plasmadensiteten."

    Fysiker vill förstå de förhållanden under vilka EP H-mod uppstår så att de kan återskapa dem i framtida fusionskraftverk. "Om vi ​​kunde köra plasman med denna egenskap i ett stabilt tillstånd, det skulle ge en ytterligare väg för att optimera storleken och effektvinsten för framtida fusionsreaktorer, " sade PPPL fysiker Walter Guttenfelder, en av forskarna som bidragit till fynden.

    Fusionsreaktorer kombinerar lätta element i form av plasma - de heta, laddat tillstånd av materia som består av fria elektroner och atomkärnor – för att generera stora mängder energi. Forskare använder fusionsreaktorer för att utveckla processen som driver solen och stjärnorna för en praktiskt taget outtömlig tillgång på kraft för att generera elektricitet.

    Fysikerna Rajesh Maingi och David Gates upptäckte EP H-mode 2009 när de använde PPPL:s National Spherical Torus Experiment (NSTX), föregångaren till National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U). "Deras upptäckt var spännande eftersom den instängda plasman omorganiserades och gjorde ett bättre jobb med att hålla kvar sin värme utan en stor förändring i mängden plasma, sa Battaglia.

    "Det är som att lägga till bättre isolering till ditt hus, " sa han. "Ju mer plasman håller på värmen, ju mindre du kan göra enheten, eftersom du inte behöver ytterligare lager av plasma för att isolera den heta kärnan." Dessutom, han lade till, "genom att ta ett steg i vår förståelse av hur EP H-mode kommer till, vi kan ha mer förtroende för att kunna förutse om det kommer att hända. Nästa steg är att använda de nya funktionerna hos NSTX-U för att visa att vi kan dra nytta av denna process i våra konstruktioner för fusionsreaktorer."


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com