Forskare har upptäckt ett anmärkningsvärt enkelt sätt att undertrycka en vanlig instabilitet som kan stoppa fusionsreaktioner och skada väggarna i reaktorer byggda för att skapa en "stjärna i en burk". Resultaten, publicerades i juni i tidningen Fysiska granskningsbrev , härrör från experiment som utförts på National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U), vid Department of Energy Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL).

Den undertryckta instabiliteten kallas ett globalt Alfvén egenmode (GAE)-en vanlig vågliknande störning som kan få fusionsreaktioner att susa ut. Undertryckning uppnåddes med en andra neutralstråleinjektor som nyligen installerades som en del av NSTX-U-uppgraderingen. Bara en liten mängd mycket energiska partiklar från den andra injektorn kunde stänga av GAE:erna.

Liknar en orm eller drake

Sådana instabiliteter liknar en orm eller drake som sväljer sin egen svans. Vid omrörning av GAE är samma neutralstråpartiklar som värmer plasma, som joniseras till elektroner och joner, eller atomkärnor, inuti gasen. En gång utlöst av dessa snabba joner, GAE:erna kan resa sig och driva ut dem, kylning av plasma och stoppa fusionsreaktioner.

Undertryckande av denna upphetsning var strålar från den andra injektorn, som flödar genom plasman vid en högre stigningsvinkel, i en riktning som är ungefär parallell med magnetfältet som begränsar den heta gasen. Fysiker kallar sådana balkar för "utombordare" för att skilja dem från de "inombordade" balkarna som den ursprungliga NSTX-U-injektorn producerar, som flödar genom plasma och magnetfältet på ett mer vinkelrätt sätt.

Injektion av utombordaren strålade undertryckta GAE i millisekunder. Snabba joner från strålen i kombination med de från inombordsstrålen för att öka jonernas densitet och ändra deras fördelning i plasma. Den plötsliga förändringen minskade lutningen, eller lutning, av jontätheten, utan vilken GAE inte kunde bildas och krusa genom plasman.

Goda nyheter för fusionsutveckling

Dessa anmärkningsvärda resultat var goda nyheter för fusionsutveckling. "I vanliga fall, när du injicerar energiska partiklar, du driver upp instabilitet, "sa Jonathan Menard, forskningschef på NSTX-U. "Det faktum att den andra neutralstrålen kunde stänga av dem genom att variera snabbjonfördelningen med en liten mängd partiklar ger vår forskning flexibilitet och är en välkommen upptäckt."

Resultatet validerade förutsägelser för en datorkod som heter "HYM, "utvecklad av PPPL -fysikern Elena Belova, och kan vara användbart för ITER, den internationella fusionsanläggningen som byggs i Frankrike för att visa förmågan att begränsa en brinnande plasma och producera 10 gånger mer energi än den förbrukar.

"Denna forskning visar undertryckande av GAE med bara en liten population av energiska partiklar, "sa fysikern Eric Fredrickson, huvudförfattare till tidningsartikeln. "Det ger förtroende för att genom att använda denna kod, rimliga förutsägelser om GAE -stabilitet kan göras för ITER. "