Simuleringar producerar plasmatemperaturen (överst) och densiteten (botten) i avledningsområdet. Kredit:ORNL
Forskare som arbetar med DIII-D tokamak i San Diego arbetar för att visa hur plasmatransport och atomfysik går ihop för att tillhandahålla kraftavgaslösningar.
En av de stora utmaningarna för fusionsforskare är att hantera de massiva kraftflöden som utmattas av fusionsplasma, som skapas i enheter som kallas tokamaks som DIII-D National Fusion Facility. Överlåt till sina egna enheter, den intensiva kraften som bärs i en tokamakplasma skulle fokuseras på ett så litet område att det snabbt skulle förstöra allt material i dess väg.
Standardstrategin för hantering av kraftavgaser i reaktorer är att omvandla värmen till elektromagnetisk strålning, som sprider kraften jämnare och ger metallväggarna som omger plasma en kampchans. Denna process sker i tokamaks avledare, en anordning som fungerar som ett buffertområde mellan smältplasma och de omgivande kammarväggarna.
Tills nu, simuleringar har förutsagt mycket mindre strålning än vad som mäts i experiment. Detta har tillskrivits den mycket komplicerade kombinationen av atom- och molekylär fysik som spelar i avledarregionen, vilket är utmanande att fullt ut inkludera i simuleringar. Forskare vid DIII-D har tagit ett annat tillvägagångssätt för att studera problemet:eliminera molekylär fysik från experimentet genom att köra plasma med hjälp av Helium, en ädelgas som inte bildar molekyler (figur 1).
De höga strålningsnivåerna som finns i tokamak -experiment finns också i simuleringar Credit:ORNL
Dessa experiment har visat att strålningen kan återges fullständigt i simuleringar, förutsatt att avledarens plasmaparametrar är exakt redovisade (figur 2). Att göra denna redovisning baserade sig på att matcha densiteten direkt mätt i avledaren-en mätning som är unik tillgänglig på DIII-D. Använda mätningar i den mer avlägsna kanten av huvudplasma som ingång till simuleringen, som man brukar göra, är inte tillräckligt bra, fram att en länk saknas i plasmatransporten som förbinder huvudplasma med avledaren. När detta är redovisat, plasma i avledaren kan också reproduceras med hjälp av modellerna.
"Dessa resultat ger betydligt större förtroende för vår förmåga att använda simuleringar för att utforma utstrålande avgaslösningar för framtiden, vilket är avgörande för framgången med fusionssträvan, "sade Dr John Canik från Oak Ridge National Laboratory, som ledde laget som inkluderade forskare från Lawrence Livermore National Laboratory och General Atomics, som driver DIII-D-anläggningen i samarbete med US Department of Energy.
Denna framgång pekar också på vikten av att fånga den mer komplicerade atom- och molekylfysiken hos standardplasma, förklarade Dr Canik. Teamets resultat kommer att rapporteras vid den 58:e årliga konferensen i American Physical Society Division of Plasma Physics i San Jose
"Detta arbete har fått fram en" saknad länk "i plasmatransporten som förbinder avledaren tillbaka till huvudplasma, " han sa, noterar att deras arbete kommer att bli föremål för framtida experiment.
