Ett team av amerikanska och tyska forskare har använt ett system med stora magnetiska "trim"-spolar designade och levererade av US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) för att uppnå hög prestanda i den senaste omgången av experiment på Wendelstein 7-X (W7-X) stellarator. Den tyska maskinen, världens största och mest avancerade stellarator, används för att utforska den vetenskapliga grunden för fusionsenergi och testa lämpligheten av stellaratordesignen för framtida fusionskraftverk. Sådana växter skulle använda fusionsreaktioner som de som driver solen för att skapa en obegränsad energikälla på jorden.

De nya experimenten demonstrerade rikligt förmågan hos de fem koppartrimsspolarna och deras sofistikerade kontrollsystem, vars operation leds på plats av PPPL-fysikern Samuel Lazerson, för att förbättra den övergripande prestandan hos W7-X. "Det som är spännande med detta är att trimspolarna och Sams ledarskap producerar vetenskaplig förståelse som kommer att hjälpa till att optimera framtida stellaratorer, " sa PPPL fysiker Hutch Neilson, som övervakar laboratoriets samarbete om W7-X med Max Planck Institute of Plasma Physics, som byggde maskinen och nu är värd för det internationella teamet som undersöker beteendet hos plasma som är instängda i dess unika magnetiska konfiguration.

Stellaratorer är slingrande, munkformade anläggningar vars konfiguration står i kontrast till de smidigt munkformade anläggningarna som kallas tokamaks som används mer allmänt. En stor fördel med stellaratorer är deras förmåga att arbeta kontinuerligt med låg ineffekt för att upprätthålla plasman utan plasmastörningar – en risk som tokamaks står inför – vilket gör att anläggningarna kan fungera effektivt i stationärt tillstånd. En nackdel är att den vridande stellaratorgeometrin är mer komplex att designa och bygga.

W7-X avslutade sin andra omgång av experiment i december med förbättrade uppvärmnings- och mätmöjligheter. En speciell egenskap för den andra omgången var dess användning av en "ö-avledare" för att släppa ut värme och partiklar som lämnar plasman. Det här viktiga verktyget består av en kedja av speciellt formade magnetfält vid kanten av plasman som skärs av 10 avledningsplattor. Varje avvikelse av dessa fält från deras designade konfiguration kan få avledningsplattorna att överhettas och begränsa plasmans prestanda.

De senaste experimenten visade trimspolarnas förmåga att mäta och korrigera sådana avvikelser, som är kända som "felfält". Genom att kontrollera sådana fält vid kanten av plasman kunde W7-X producera plasmaurladdningar som varar upp till 30 sekunder. "Trimspolarna har visat sig vara extremt användbara, inte bara genom att säkerställa ett balanserat plasmautsläpp på avledningsplattorna, men också som ett verktyg för fysikerna att utföra magnetfältsmätningar med oöverträffad noggrannhet, sa Thomas Sunn Pedersen, Max Planck chef för stellarator edge och divertor fysik.

För att uppnå kontrollen krävde trimspolarna att störa magnetfältet på ett sätt som klargjorde storleken på felfältet. Kompletterande experiment av Lazerson och Max Planck-forskaren Sergey Bozhenkov bekräftade sedan förutsägelser om den nödvändiga kraften hos trimspolarna för att korrigera avvikelserna - en mängd som motsvarade bara 10 procent av spolarnas fulla effekt. "Det faktum att vi bara krävde 10 procent av den nominella kapaciteten för trimspolarna är ett bevis på precisionen med vilken W7-X konstruerades, ", sa Lazerson. "Detta betyder också att vi har gott om trimspolekapacitet för att utforska scenarier för avledningsöverbelastning på ett kontrollerat sätt.