Phát hiện: Từ trường tối ưu để ngăn chặn sự bất ổn trong tokamaks

"Khúc xương khó nhằn" Tripoli: Lực lượng LNA thiệt hại nặng nề, bị GNA chặn đứng ra sao? (Tháng BảY 2019).

Anonim

Fusion, sức mạnh điều khiển mặt trời và các ngôi sao, tạo ra một lượng năng lượng khổng lồ. Các nhà khoa học ở đây trên trái đất tìm cách tái tạo quá trình này, kết hợp các nguyên tố ánh sáng dưới dạng plasma nóng, tích điện bao gồm các electron tự do và hạt nhân nguyên tử, tạo ra nguồn cung cấp năng lượng vô tận để tạo ra điện trong cái được gọi là "ngôi sao trong một cái lọ. "

Một câu đố dài trong nỗ lực nắm bắt sức mạnh của phản ứng tổng hợp trên Trái Đất là làm thế nào để giảm bớt hoặc loại bỏ một sự bất ổn phổ biến xảy ra trong huyết tương được gọi là các chế độ địa phương hóa cạnh (ELM). Cũng giống như mặt trời giải phóng các vụ nổ năng lượng khổng lồ dưới dạng pháo sáng mặt trời, nên các vụ nổ ELM giống như bùng nổ có thể đâm vào các bức tường của những chiếc bánh donut hình tokamaks phản ứng nhiệt hạch nhà, có khả năng gây hại cho các bức tường của lò phản ứng.

Ripples kiểm soát các vụ nổ mới

Để kiểm soát các vụ nổ này, các nhà khoa học làm xáo trộn plasma bằng những gợn sóng từ nhỏ gọi là nhiễu loạn từ cộng hưởng (RMPs) làm méo mó hình dạng bánh rán trơn tru, giải phóng áp lực dư thừa làm giảm hoặc ngăn ngừa ELM xảy ra. Phần khó khăn là tạo ra đúng lượng biến dạng 3-D này để loại bỏ các ELM mà không gây ra những bất ổn khác và giải phóng quá nhiều năng lượng, trong trường hợp xấu nhất, có thể dẫn đến sự gián đoạn lớn kết thúc plasma.

Làm cho công việc đặc biệt khó khăn là thực tế rằng một số lượng biến dạng từ vô hạn có thể được áp dụng cho plasma, khiến việc tìm kiếm chính xác loại biến dạng đúng là một thách thức đặc biệt. Nhưng không còn nữa.

Công viên vật lí Jong-Kyu thuộc Phòng thí nghiệm vật lý plasma Princeton (PPE) của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (PPPL), làm việc với một nhóm cộng tác viên từ Hoa Kỳ và Viện nghiên cứu Fusion quốc gia (NFRI) ở Hàn Quốc, đã dự đoán thành công toàn bộ các biến dạng 3-D có lợi cho việc kiểm soát ELM mà không tạo ra nhiều vấn đề hơn. Các nhà nghiên cứu đã xác nhận những dự đoán này trên cơ sở nghiên cứu tiên tiến của Hàn Quốc Tokamak (KSTAR), một trong những tokamaks siêu dẫn tiên tiến nhất thế giới, nằm ở Daejeon, Hàn Quốc.

KSTAR lý tưởng cho các bài kiểm tra

KSTAR là lý tưởng để thử nghiệm các dự đoán vì các điều khiển nam châm tiên tiến của nó để tạo ra các biến dạng chính xác trong sự đối xứng gần như hoàn hảo, hình bánh rán của plasma. Xác định các biến dạng có lợi nhất, với số lượng ít hơn một phần trăm của tất cả các biến dạng có thể được tạo ra bên trong KSTAR, hầu như không thể không có mô hình tiên đoán được nhóm nghiên cứu phát triển.

Kết quả là một thành tựu thiết lập tiền lệ. Park cho biết: "Lần đầu tiên chúng tôi hiển thị cửa sổ hoạt động 3-D đầy đủ trong một tokamak để ngăn chặn các ELM mà không khuấy động sự mất ổn định cốt lõi hoặc giam giữ quá mức, " Park nói. được xuất bản trong Nature Physics. "Trong một thời gian dài, chúng tôi nghĩ rằng sẽ rất khó tính toán để xác định tất cả các trường phá vỡ đối xứng có lợi, nhưng công việc của chúng tôi bây giờ thể hiện một quy trình đơn giản để xác định tập hợp tất cả các cấu hình đó."

Các nhà nghiên cứu đã giảm tính phức tạp của các tính toán khi họ nhận ra rằng số lượng các plasma có thể làm biến dạng thực sự là ít hơn nhiều so với các lĩnh vực 3-D có thể được áp dụng cho huyết tương. Bằng cách làm việc ngược, từ sự biến dạng thành các trường 3-D, các tác giả đã tính toán các trường hiệu quả nhất để loại bỏ ELM. Các thí nghiệm của KSTAR đã xác nhận các dự đoán với độ chính xác vượt trội.

Kết quả cung cấp sự tự tin mới

Những phát hiện trên KSTAR cung cấp sự tự tin mới trong khả năng dự đoán các trường 3-D tối ưu cho ITER, tokamak quốc tế đang được xây dựng ở Pháp, có kế hoạch sử dụng các nam châm đặc biệt để tạo ra các biến dạng 3-D để kiểm soát ELM. Sự kiểm soát như vậy sẽ rất quan trọng đối với ITER, với mục tiêu là sản xuất năng lượng nhiều hơn gấp 10 lần so với việc làm nóng plasma. Các tác giả của bài báo cho biết, "phương pháp và nguyên tắc được áp dụng trong nghiên cứu này có thể cải thiện đáng kể hiệu quả và độ trung thực của quá trình tối ưu hóa 3-D phức tạp trong tokamaks".

menu
menu