På den sista verksamhetsdagen, Alcator C-Mod tokamak vid Massachusetts Institute of Technology Plasma Science &Fusion Center satte nytt rekord för plasmatryck i en magnetisk inneslutningsanordning. Dessa resultat hjälper till att validera högfältstrategin för fusionsenergi, vilket kan leda till mindre, billigare fusionskraftverk.

Fusionsenergi kräver att produkten av tre faktorer - en plasmas partikeltäthet, dess inneslutningstid, och dess temperatur (den så kallade "trippelprodukten")-överstiger ett visst tröskelvärde. Över detta värde energin som frigörs genom fusionsprocessen överstiger den energi som krävs för att hålla reaktionen igång.

Tryck, som är produkten av densitet och temperatur, står för ungefär två tredjedelar av den utmaningen. Fusionseffektdensiteten ökar med trycket i trycket - så att fördubbling av trycket leder till en fyrfaldig ökning av energiproduktionen. Och eftersom fusionsenergins ekonomi kommer att domineras av kapitalkostnaderna, höga effekttätheter kommer att vara avgörande.

C-Mod är en kompakt, högfält tokamak, som har gett en mängd nya och viktiga resultat sedan verksamheten började 1993 bidragande data som utvidgar tester av kritiska fysiska modeller till nya parameterområden och till nya regimer. Forskargruppen omfattar forskare, ingenjörer, tekniker och studenter från MIT och ett stort antal nationella och internationella samarbetsinstitutioner. Dess unika och rekordförmåga flyter direkt från den kraftfulla elektromagneten i hjärtat av dess design.

Under de 23 år som Alcator C-Mod har varit i drift, den har upprepade gånger avancerat rekordet för plasmatryck i en magnetisk inneslutningsanordning. Det tidigare värdet på 1,77 atmosfärer, inställd på C-Mod 2005, förmörkades av det nya rekordet på 2,05 atmosfärer (i andra enheter 2,1 bar eller 0,21 MPa). Dessa senaste värden uppnåddes genom att använda över 4 megawatt radiofrekvensvärme, höja temperaturen inuti C-Mod till över 35 miljoner grader Celsius eller ungefär dubbelt så varmt som solens mitt. Maskinen drivs med en central magnetfältstyrka på 5,7 Tesla och 1,4 miljoner ampere elektrisk ström.

I dessa nya experiment, C-Mod-resultaten överskred det näst högsta trycket, uppnås i andra enheter, med cirka 70 procent. Om inte ett nytt experiment tillkännages och konstrueras, det tryckrekord som just ställts in i C-Mod kommer sannolikt att hålla i åtminstone de kommande 15 åren. ITER, en tokamak för närvarande under uppbyggnad i Frankrike, kommer att vara cirka 800 gånger större i plasmavolym än C-Mod, men den kommer att fungera vid ett lägre magnetfält. ITER förväntas nå 2,6 atmosfärer när den är i full drift år 2032, enligt en ny amerikansk energidepartementrapport.

Under 2012, DOE beslutade att avsluta finansieringen till C-Mod på grund av budgetpress från byggandet av ITER. Efter det beslutet, den amerikanska kongressen återställde finansieringen till C-Mod under en treårsperiod, som slutade den 30 september.

Under hela sitt liv, resultat från C-Mod har direkt stött konstruktionsbeslut och driftsplanering för ITER. På samma gång, de pekar vägen mot en fusionsutvecklingsväg som skulle innehålla mer kompakt, enheter med högre fält.

Som nämnts ovan, fusionseffektdensiteten ökar med plasmatryckets kvadrat, som i sin tur skalas som kvadraten i magnetfältet. Således ökar fusionseffektdensiteten som magnetfältets fjärdeffekt. Energivinsten skala med den tredje kraften i fältet. Av dessa argument, det är klart att de mest kostnadseffektiva fusionsenheterna skulle fungera med de högsta fälten som kan konstrueras på ett tillförlitligt sätt. Vid flera tidigare tillfällen när USA planerade att bygga sina egna brinnande plasmaanordningar, till exempel, det föreslagna CIT, BPX- och FIRE -enheter, priset till prestanda-argumentet ledde till kompakta högfältdesigner. Ser fram emot och överväger de betydande kostnaderna och det utökade byggschemat för ITER, som utformades med måttligt fält supraledande magnetteknik, en utvecklingsväg med högre fält verkar attraktiv.

Tills nyligen, alternativet för högfält var bara öppet för pulsade experiment eftersom konventionella niobbaserade superledare har kritiska strömmar och fält som skulle begränsa fusionsmagneter med stor volym till cirka 6 Tesla. Dock, den industriella mognaden för så kallade högtemperatur supraledare (HTS) baserat på sällsynta jordartsmassor som yttrium-barium-koppar-oxid (YBCO) är en spelväxlare. Ett fusionspilotanläggningskoncept, kallas ARC, har utvecklats på MIT för att utforska de möjligheter som den nya supraledande tekniken möjliggör. Denna studie visade att en maskin i storlek JET tokamak, kör med HTS -magneter vid 9 Tesla och med normaliserade plasmaparametrar som redan uppnåtts i dagens experiment, kan producera 500 megawatt fusionseffekt och 200 megawatt netto -el.