En viktig utmaning för att fånga och kontrollera fusionsenergi på jorden är att upprätthålla stabiliteten i plasma - den elektriskt laddade gasen som driver fusionsreaktioner - och hålla den miljontals grader varm för att starta och underhålla fusionsreaktioner. Denna utmaning kräver kontroll av magnetiska öar, bubbelliknande strukturer som bildas i plasma i munkformade tokamakfusionsanläggningar. Dessa öar kan växa, kyla plasma och utlösa störningar - plötsligt frigörande av energi lagrad i plasma - som kan stoppa fusionsreaktioner och allvarligt skada fusionsanläggningarna som rymmer dem.

Förbättrad ökontroll

Forskning från forskare vid Princeton University och vid US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) pekar mot förbättrad kontroll av de besvärliga magnetiska öarna i ITER, den internationella tokamak under uppbyggnad i Frankrike, och andra framtida fusionsanläggningar som inte kan tillåta stora störningar. "Denna forskning kan öppna dörren till förbättrade kontrollsystem som tidigare ansetts ouppnåeliga, "sa Eduardo Rodriguez, en doktorand i Princeton -programmet i plasmafysik och första författare till en uppsats i Plasmas fysik som rapporterar resultaten.

Forskningen följer upp tidigare arbete av Allan Reiman och Nat Fisch, som identifierade en ny effekt som kallas "RF [radiofrekvens] strömkondensation" som i hög grad kan underlätta stabilisering av magnetiska öar. Den nya Plasmas fysik papper visar hur man optimalt utnyttjar effekten. Reiman är en framstående forskare vid PPPL och Fisch är professor vid Princeton University och direktör för Princeton Program in Plasma Physics och Associate Director of Academic Affairs på PPPL.

Fusionsreaktioner kombinerar ljuselement i form av plasma - materiens tillstånd som består av fria elektroner och atomkärnor - för att generera massiva mängder energi i solen och stjärnorna. Forskare över hela världen försöker reproducera processen på jorden för en praktiskt taget outtömlig tillförsel av säker och ren kraft för att generera el till hela mänskligheten.

Det nya papperet, baserat på en förenklad analysmodell, fokuserar på användning av RF -vågor för att värma öarna och driva elektrisk ström som får dem att krympa och försvinna. När temperaturen blir tillräckligt hög, komplicerade interaktioner kan uppstå som leder till RF -strömkondenseringseffekten, som koncentrerar strömmen i mitten av ön och kan kraftigt förbättra stabiliseringen. Men när temperaturen ökar, och gradienten av temperaturen mellan den kallare kanten och öns heta inre blir större, lutningen kan driva instabilitet som gör det svårare att höja temperaturen ytterligare.

Punkt-kontrapunkt

Denna punkt-kontrapunkt är en viktig indikator på om RF-vågorna kommer att uppnå sitt stabiliserande mål. "Vi analyserar samspelet mellan den aktuella kondensen och den ökade turbulensen från den lutning värmen skapar för att avgöra om systemet är stabiliserat eller inte, "Rodriguez säger." Vi vill att öarna inte ska växa. "Det nya papperet visar hur man styr vågornas effekt och syfte för att optimalt utnyttja RF -strömkondenseringseffekten, med hänsyn till instabiliteten. Att fokusera på detta kan leda till förbättrad stabilisering av fusionsreaktorer, "Sa Rodriguez.

Forskarna planerar nu att införa nya aspekter i modellen för att utveckla en mer detaljerad undersökning. Sådana steg inkluderar arbete som görs för att inkludera kondenseringseffekten i datorkoder för att modellera beteendet hos utsända RF -vågor och deras verkliga effekt. Tekniken skulle i slutändan användas för att utforma optimala system för östabilisering.