Fusion erbjuder potentialen för nästan obegränsad energi genom att värma upp en gas som fångas i ett magnetfält till otroligt höga temperaturer där atomer är så energiska att de smälter samman när de kolliderar. Men om den heta gasen, kallas plasma, bryter sig loss från magnetfältet, den måste sättas tillbaka på plats säkert för att undvika att skada fusionsanordningen – detta problem har varit en av de stora utmaningarna med magnetiskt begränsad fusion.

Under dessa så kallade störningar, det snabba frigörandet av energin i plasman kan skada fusionsanordningen:Intensiv värme kan förånga eller smälta väggarna, stora elektriska strömmar kan generera skadliga krafter, och högenergiska "runaway" elektronstrålar kan orsaka intensiv lokaliserad skada.

Att göra störningar mindre störande innebär att man sprutar in material i plasman som jämnt strålar bort plasmaenergin. En utmaning är att materialet har svårt att nå mitten av plasman innan en störning inträffar. Forskare hoppas att att få in material i mitten kan ge "inifrån och ut" kylning av plasman, förhindra störningar och produktion av skenande elektroner.

Forskare vid DIII-D National Fusion Facility har demonstrerat en revolutionerande ny teknik för att uppnå denna "inifrån och ut" kylning innan ett avbrott inträffar. En tunnväggig pellet med diamantskal bär en nyttolast av bornamm djupt in i plasman (Figur 1). Experimenten visar att skalpellets som skjuts in i kärnan i cirka 450 miles per timme kan avsätta bordamm djupt i plasman där det är mest effektivt. Diamantskalen sönderfaller gradvis i plasman innan de släpper ut dammet nära plasmans mitt.

Det nya tillvägagångssättet förändrar utsikterna för fusionsenergi genom att potentiellt lösa tre stora problem – effektivt stråla bort plasmans värme, reducerande krafter från plasman på fusionsanordningen, och förhindrar bildandet av energiska elektronstrålar.

Som DIII-D Science Director, Richard Buttery, kommentarer, "Skalpellets erbjuder potentialen att hantera alla tre aspekterna av utmaningen, eliminerar risken för skador på enheten."

Framtida arbete är inriktat på att skapa mer sofistikerade skaldesigner som kan bära större nyttolaster och penetrera reaktorklassplasma.

En annan teknik som utforskas vid DIII-D är känd som splittrad pelletsinjektion. I detta tillvägagångssätt, fasta frusna pellets gjorda av en tung isotop av väte och neon eller argon avfyras mot plasman med hög hastighet. De splittras i små fragment innan de träffar kanten på plasman. Forskare utförde experiment och extrapolerade resultaten till den stora fusionsenheten, ITER, utvecklas i Frankrike. De tror att denna teknik kommer att vara effektiv i ITER.

"Det bästa sättet att på ett tillförlitligt sätt förhindra störningar är fortfarande en öppen fråga, " sa forskaren Nick Eidietis, som arbetar på DIII-D fusionsenheten i San Diego och kommer att presentera sin forskning vid American Physical Society Division of Plasma Physics möte i Portland, Oregon. "Men vi gör betydande framsteg när det gäller att utveckla den förståelse och de tekniker som krävs för att uppnå fusionskraft. Om denna nya skalteknik uppfyller sitt ursprungliga löfte, det kommer att förändra utsikterna för tillförlitlig drift av fusionskraftverk."