Tokamak-enheter använder starka magnetfält för att begränsa och forma plasman som innehåller bränslet som uppnår fusion. Plasmats form påverkar lättheten eller svårigheten att uppnå en livskraftig fusionskraftkälla. I en konventionell tokamak, plasmaets tvärsnitt är format som versalen D. När den raka delen av D vetter mot "munkhålet" -sidan av den munkformade tokamaken, denna form kallas positiv triangularitet. När plasmatvärsnittet är i en bakåt D-form och den krökta delen av D:et är vänd mot sidan med "munkhålet", då kallas denna form negativ triangularitet. Ny forskning visar att negativ triangularitet minskar hur mycket plasman interagerar med tokamakens plasmavända materialytor. Denna upptäckt pekar på avgörande fördelar för att uppnå kärnfusionskraft.

En av utmaningarna inom fusionsenergivetenskap och teknik är hur man bygger framtida kraftverk som styr plasma många gånger varmare än solen. Vid dessa extrema temperaturer, växelverkan mellan plasmat och kraftreaktorns materialväggar måste kontrolleras och minimeras. Oönskade interaktioner uppstår på grund av turbulens i plasmats gränsområde. Denna forskning visar att gränsturbulensen i plasma med negativ triangularitet är mycket reducerad jämfört med den som förekommer i plasma med positiv triangularitetsform. Som ett resultat, de oönskade interaktionerna med de plasmavända väggarna är också mycket reducerade, leder i princip till längre livslängder för väggen och minskad risk för skador på väggen, något som kan stänga av en reaktor.

Forskare vet att i tokamak fusionsenheter, kärnplasmaformer med negativ triangularitet uppvisar en avsevärd ökning av energiinneslutning jämfört med plasma med positiv triangularitet. Plasmaformer med negativ triangularitet visar också minskningar i fluktuationsnivåerna för kärnelektronens temperatur och densitet. Detta i sig gör plasmaplasma med negativ triangularitet till lovande kandidater för en framtida fusionskraftreaktor.

Den nya forskningen som rapporteras här visar att tecknet och graden av triangularitet också har stor effekt på plasmakantdynamik och effekt- och partikelavgasegenskaper, men forskarna vet relativt lite om sådana effekter. Dessa experiment vid Tokamak à Configuration Variable (TCV), belägen vid École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) i Lausanne, Schweiz, avslöjade en stark minskning av gränsplasmafluktuationer och plasmainteraktion med den motstående väggen för tillräckligt negativa triangularitetsvärden. Forskarna observerade effekterna över ett brett spektrum av densiteter i både inre väggbegränsade och avledda plasma. Denna kraftiga minskning av plasma-vägginteraktion vid tillräckligt negativ triangularitet stärker utsikterna för negativ triangularitetsplasma som en potentiell reaktorlösning.

Forskningen publicerades i Kärnfusion .