Den översta bilden är ett exempel på rådata som laget fångade vid DIII-D som visar fluktuationer i magnetfältet. En ekvation känd som en Fourier Transform användes för att plotta frekvensen och varaktigheten av individuella vågor, representeras av de orangea staplarna i den nedre bilden. Kredit:DIII-D National Fusion Facility.
För att skapa en praktisk fusionsenergireaktor, forskare måste kontrollera partiklar som kallas snabba joner. Dessa snabba joner, som är elektriskt laddade väteatomer, ger mycket av reaktorns självuppvärmningsförmåga när de kolliderar med andra joner. Men de kan också snabbt undkomma de kraftfulla magnetfält som används för att begränsa dem och överhetta väggarna i inneslutningskärlet, orsakar skada.
Ett team vid DIII-D National Fusion Facility tog nyligen ett annat tillvägagångssätt för att studera dessa svårmätbara partiklar. Forskningen visade lovande resultat som inte bara har gett insikter i själva partiklarnas fysik, men de kan också leda till nya och pålitliga sätt att övervaka och hantera hur väl snabba joner finns i framtida reaktorer.
"Det här är verkligen en spännande tid att arbeta med den här typen av utmaningar inom fusionsenergi, " sa DIII-D-forskaren Kathreen Thome. "Den globala fusionsgemenskapen tar fart på vägen mot energiproduktion, och varje bit av ytterligare insikt vi kan generera i dessa problem för oss närmare den destinationen."
En del av forskningsutmaningen med att mäta snabba joner ligger i den hårda miljön i hjärtat av en tokamak, en typ av fusionsreaktor. Ömtåliga sensorer som används i dagens forskningstokamakar skulle helt enkelt förstöras i framtida fusionsreaktorer, som kommer att ha mycket högre kraft. DIII-D-teamet använde en robust magnetisk sensor och högpresterande beräkningar för att fånga och tolka en liten vickning som skapas i enhetens magnetfält av dessa snabba partiklar. Denna magnetiska fältfluktuation (Figur 1) ger information om egenskaperna och beteendet hos de snabba jonerna och hur de interagerar med plasmavågor.
Nästa steg för fusionsgemenskapen kommer att vara att använda data som genereras för att utöka kapaciteten hos datormodeller som tolkar beteendet hos snabba joner baserat på dessa vickningar. När modellerna har blivit mer effektiva, de skulle kunna kopplas till de robusta magnetiska sensorerna i framtida högeffektsreaktorer för att ge realtidskontroll av de förhållanden som påverkar snabba joner. Om den återkopplingsslingan kan upprättas, de snabba jonerna kunde inte bara hållas från att skada tokamakväggarna, de skulle kunna användas för att värma plasman mer effektivt.
