Den röda linjen visar den drivna strömtätheten längs mikrovågsbanan i en DIII-D plasma, med den mörkare röda som visar var den större strömmen drivs in i plasmat. Denna figur modellerades med TORAY-GA-strålspårningskoden. Kredit:Xi Chen, DIII-D National Fusion Facility.
Forskare vid DIII-D National Fusion Facility i San Diego har visat ett nytt tillvägagångssätt för att injicera mikrovågor i en fusionsplasma som fördubblar effektiviteten hos en kritisk teknik som kan få stora konsekvenser för framtida fusionsreaktorer. Resultaten visar att lansering av mikrovågorna i plasmat via en ny geometri ger avsevärda förbättringar i plasmaströmdriften.
Dr. Xi Chen kommer att presentera teamets resultat vid denna veckas APS Division of Plasma Physics årsmöte.
Att bygga ekonomiska fusionsreaktorer i framtiden kommer att kräva att elektrisk ström drivs effektivt i specifika delar av plasman - en teknik som kallas off-axis current drive. Elektrisk ström förbättrar stabiliteten hos den magnetiskt inneslutna plasman i munkformade fusionsreaktorer som kallas tokamaks. Strömmen gör att plasman förblir sammanhängande när den värms upp till mer än 150 miljoner grader, där väteatomer börjar smälta samman och frigör stora mängder energi. En av teknikerna för att driva ström, känd som Electron-Cyclotron Current Drive (ECCD), använder extremt kraftfulla mikrovågor för att värma elektroner i plasman. Ju mer effektivt mikrovågorna interagerar med de energiska elektronerna, desto större strömdrift i plasman.
ECCD-mikrovågorna injicerades traditionellt från tokamakens yttre kurva mot plasmans hjärta. Ny datormodellering vid DIII-D, dock, förutspådd effektivitet skulle kunna förbättras avsevärt genom att flytta injektionspunkten mot toppen av tokamak och försiktigt rikta den till exakta punkter bort från mitten (Figur 1). Baserat på den modellen, Dr Chen ledde ett team som designade och installerade ett nytt system som gör att mikrovågorna kan injiceras från toppen. Denna nya topplanseringskonfiguration anpassar mikrovågsbanan med plasmans magnetfält och energifördelning, så att mikrovågorna selektivt interagerar med endast de mest energirika elektronerna, fördubbling av drivströmeffektiviteten.
Förutsägelsen om att fördubbla strömdrivningseffektiviteten utanför axeln på grund av mer selektiv vågenergidämpning via ett top-launch ECCD-system har validerats av nya experiment vid DIII-D. Vänster är förutsägelse med den kvasilinjära Fokker-Planck-koden CQL3D och höger är mätningar. Kredit:Xi Chen, DIII-D National Fusion Facility
De experimentella resultaten var häpnadsväckande i hur nära de överensstämde med de vinster som förutspåtts av datormodellerna (Figur 2).
"Jag hade höga förväntningar på att vi skulle se förbättringar baserat på modelleringen, men blev förvånade över hur tydligt och snabbt vi fördubblade effektiviteten i de riktiga mätningarna, ", sa Dr. Chen. "Vi är mycket glada över att se dessa resultat och vi tror att detta kan visa sig vara mycket betydelsefullt." Dessa resultat ger experimentell validering av den topplanserade ECCD-metoden och kan vara en viktig faktor vid planering av framtida tokamaks. .
