Uppvärmning av fusionsplasma med hjälp av mikrovågor erbjuder tydliga fördelar och är ett aktivt forskningsområde inom kärnfusionsområdet. Medan att rosta plasma med radiofrekvensuppvärmning (RF) är en väletablerad teknik, ger mikrovågsuppvärmning unika fördelar som kan förbättra plasmaprestanda och föra oss närmare att uppnå effektiv fusion.

Effektiv och lokal uppvärmning:

Mikrovågor är en form av elektromagnetisk strålning med betydligt kortare våglängder jämfört med RF-vågor. Detta möjliggör mer lokal uppvärmning av plasman. De kortare våglängdsmikrovågorna kan penetrera tätare plasmaregioner och direkt avsätta sin energi på specifika platser, vilket resulterar i mer effektiv uppvärmning.

Electron Bernstein Waves (EBW):

Mikrovågsuppvärmning möjliggör excitation av specifika plasmavågor som kallas Electron Bernstein Waves (EBW). EBW är en typ av elektrostatisk våg som effektivt överför energi till elektroner samtidigt som den minimerar oönskad jonuppvärmning. Denna selektiva uppvärmning av elektroner kan öka plasmatemperaturen och uppnå högre nivåer av fusionsreaktioner.

Icke-induktiv strömenhet:

Förutom plasmauppvärmning kan mikrovågor driva elektriska strömmar i plasmat utan behov av externa magnetfält. Denna icke-induktiva strömdrivning är väsentlig för att upprätthålla fusionsreaktionen och kontrollera plasmainstabiliteter. Mikrovågsuppvärmning kan generera lokala strömmar, vilket ger bättre kontroll över plasmaprofiler och stabilitet.

Täthetskontroll och profiländring:

Möjligheten att selektivt värma olika plasmaregioner med hjälp av mikrovågor erbjuder möjligheten att kontrollera plasmadensiteten och modifiera dess profiler. Genom att skräddarsy mikrovågseffektavsättningen blir det möjligt att påverka den radiella fördelningen av plasmadensitet, vilket kan förbättra inneslutningen och den övergripande fusionsprestandan.

Kompletterande uppvärmning till RF-uppvärmning:

Att kombinera mikrovågsuppvärmning med befintliga RF-uppvärmningstekniker skapar en synergistisk effekt. Synergin med flerfrekvensuppvärmning förbättrar den totala plasmauppvärmningseffektiviteten och kan mildra vissa plasmainstabiliteter. Dessutom kan mikrovågor komplettera RF-uppvärmning genom att komma åt olika plasmaregioner och ta itu med specifika uppvärmningskrav.

Även om både RF-uppvärmning och mikrovågsuppvärmning har sina unika fördelar, har mikrovågsuppvärmning uppmärksammats på grund av dess lokaliserade uppvärmningsförmåga, excitering av effektiva plasmavågor, potential för icke-induktiv strömdrift och förmågan att kontrollera plasmaprofiler. Genom att utnyttja dessa fördelar bidrar mikrovågsuppvärmning till att främja fusionsforskningen och för oss närmare att förverkliga kompakt, effektiv och ekonomiskt gångbar fusionsenergi.