Fysiker är som bin-de kan korsbestämma, ta idéer från ett område och använda dem för att utveckla genombrott inom andra områden. Forskare vid US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har överfört en teknik från ett område av plasmafysik till en annan för att möjliggöra en mer effektiv design av kraftfulla magneter för munkformade fusionsanläggningar som kallas tokamaks. Sådana magneter begränsar och kontrollerar plasma, materiens fjärde tillstånd som utgör 99 procent av det synliga universum och ger näring åt fusionsreaktioner.

Att designa dessa magneter är inte enkelt, särskilt när de måste vara exakt utformade för att skapa komplexa, tredimensionella magnetfält för att kontrollera plasmas instabilitet. Så det är lämpligt att den nya tekniken kommer från forskare som designar stellaratorer, krusare-formade fusionsanordningar som kräver sådana noggrant konstruerade magneter. Med andra ord, PPPL -forskarna använder en stellarator -datorkod för att föreställa sig formen och styrkan hos vridna tokamakmagneter som kan stabilisera tokamakplasma och överleva de extrema förhållanden som förväntas i en fusionsreaktor.

Denna insikt kan underlätta byggandet av tokamakfusionsanläggningar som ger solen och stjärnorna kraft till jorden. "Förr, det var en upptäcktsresa, sa Nik Logan, en fysiker vid DOE:s Lawrence Livermore National Laboratory som ledde forskningen på PPPL. "Du var tvungen att bygga något, testa det , och använd data för att lära dig hur du utformar nästa experiment. Nu kan vi använda dessa nya beräkningsverktyg för att designa dessa magneter lättare, med hjälp av principer som hämtats från år av vetenskaplig forskning. "Resultaten har rapporterats i en artikel publicerad i Kärnfusion .

Fusion, kraften som driver solen och stjärnorna, kombinerar ljuselement i form av plasma - det heta, materiens laddade tillstånd består av fria elektroner och atomkärnor - som genererar enorma mängder energi. Forskare försöker replikera fusion på jorden för en praktiskt taget outtömlig strömförsörjning för att generera el.

Fynden kan underlätta konstruktionen av tokamaker genom att kompensera för oprecision som uppstår när en maskin översätts från en teoretisk design till ett verkligt objekt, eller genom att applicera exakt kontrollerade 3D -magnetfält för att undertrycka plasmainstabilitet. "Verkligheten med att bygga någonting är att det inte är perfekt, "Sa Logan." Det har små oegentligheter. Magneterna som vi designar med hjälp av denna stellaratorteknik kan både korrigera några av de oegentligheter som uppstår i magnetfälten och kontrollera instabiliteten. "Om du gör det hjälper magnetfältet att stabilisera plasma så att potentiellt skadliga värmeskador och partiklar inte uppstår.

Logan och kollegor fick också veta att dessa magneter kunde verka på plasma även om de placerades på ett relativt stort avstånd upp till flera meter från tokamaks väggar. "Det är goda nyheter eftersom ju närmare magneterna är till plasma, desto svårare är det att utforma dem för att möta de tuffa förhållandena nära fusionsreaktorer, "Logan sa." Ju mer utrustning vi kan placera på avstånd från tokamak, desto bättre."

Tekniken bygger på FOKUS, en datorkod som huvudsakligen skapats av PPPL -fysikern Caoxiang Zhu, en vetenskapsman för optimering av stjärnor, att designa komplicerade magneter för stjärnanläggningar. "När jag först byggde FOCUS som postdoktor på PPPL, Nik Logan stannade till vid min affischpresentation på en American Physical Society -konferens, "Sade Zhu." Senare hade vi ett samtal och insåg att det fanns en möjlighet att tillämpa FOCUS -koden på tokamakprojekt. "

Samarbetet mellan olika delfält är spännande. "Jag är glad att se att min kod kan utökas till ett bredare utbud av experiment, "Noterade Zhu." Jag tycker att det här är en vacker koppling mellan tokamak- och stellaratorvärldarna. "

Även om det var långfusionsanläggningen nummer två bakom tokamaker, Stellaratorer används nu mer och mer eftersom de tenderar att skapa stabila plasma. Tokamaks är för närvarande förstahandsvalet för en fusionsreaktordesign, men deras plasma kan utveckla instabilitet som kan skada en reaktors interna komponenter.

Nuvarande, PPPL -forskare använder denna nya teknik för att designa och uppdatera magneter för flera tokamaker runt om i världen. Katalogen innehåller COMPASS-U, en tokamak som drivs av Tjeckiska vetenskapsakademin; och anläggningen Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR).

"Det är ett mycket praktiskt papper som har praktiska tillämpningar, och visst har vi några tagare, "Logan sa." Jag tror att resultaten kommer att vara till hjälp för framtiden för tokamak -design. "