Genom att skjuta in pellets av fruset deuterium (en isotop av väte) i en fusionsreaktor, forskare vid DIII-D National Fusion Facility i San Diego har kunnat kontrollera instabiliteter i magnetfältet som håller samman fusionsplasman. Graferna till höger illustrerar den uppmätta tidshistoriken för den magnetiska öns magnitud och simuleringar av turbulens inuti ön före och efter en pelletsinjektion. Kredit:Sammansatt bild av författaren; Grafik med tillstånd från General Atomics och Oak Ridge National Laboratory.
Fusion är en icke-kolbaserad process för energiproduktion, där lättare atomer smälter samman till tyngre. Fusionsreaktorer fungerar genom att begränsa en "soppa" av laddade partiklar, känd som plasma, inom kraftfulla magnetfält. Men dessa magnetfält måste innehålla plasmat tillräckligt länge för att det kan värmas upp till extrema temperaturer – varmare än solen – där fusionsreaktioner kan inträffa.
Men som en ballong som håller luft, magnetfälten kan vara läckande, så att plasmaenergin kan komma ut. En form av "läcka" är ett fenomen som kallas en magnetisk ö. Dessa är instabila strukturer inom magnetfälten som river hål i fältet och frigör energi från plasman, stoppa fusionsreaktionen. För att framtida fusionskraftverk ska kunna producera el effektivt, tillväxten av magnetiska öar måste förhindras eller elimineras. I vissa fall, öarna kan elimineras genom att driva en lokaliserad ström inuti dem.
Nyligen, dock, forskare vid DIII-D National Fusion Facility i San Diego upptäckte ett nytt sätt att eliminera öar. De observerade att avfyring av frusna pellets av väteisotopen deuterium djupt in i plasman får de magnetiska öarna att krympa. Med hjälp av datorsimuleringar, de fastställde att krympningen sannolikt orsakades av ökad turbulens i plasman på grund av de injicerade pellets (Figur 1). Teoretiska beräkningar visar att de krympta öarna helt kan elimineras med 70 procent mindre ström inne på ön än vad som normalt behövs utan hjälp av pelletsinjektion.
"Detta är en viktig upptäckt, eftersom det kan utvidga den magnetiska ökontrolllösningen till driftregimer där andra metoder inte är tillämpliga, " sa Dr Laszlo Bardoczi, General Atomics-forskaren som ledde insatsen. "Dessutom, det kan frigöra värme- och strömdrivresurser som annars skulle behövas för att bibehålla magnetisk stabilitet. Att spara dessa resurser kommer att göra det möjligt för oss att förbättra nettoeffekten av el från en reaktor, eller så kan de användas för att ytterligare manipulera plasman för att uppnå bättre prestanda. Således, tillvägagångssättet kan erbjuda betydande fördelar för framtida reaktorer."
