התגלה: שדות מגנטיים אופטימליים לדכא אי-יציבות בטוקאמאקס

Anonim

פיוז'ן, הכוח המניע את השמש והכוכבים, מייצר כמויות אדירות של אנרגיה. מדענים כאן על כדור הארץ מבקשים לשכפל את התהליך הזה, שממזג אלמנטים קלים בצורת פלזמה חמה וטעונה המורכבת מאלקטרון חופשי וגרעינים אטומיים, כדי ליצור אספקה ​​בלתי נדלית כמעט של חשמל לייצור חשמל במה שמכונה "כוכב צנצנת ".

חידה זמן רב במאמץ ללכוד את כוחו של היתוך על כדור הארץ היא כיצד להפחית או לחסל חוסר יציבות נפוץ המתרחשת פלזמה הנקראים קצה מצבי מקומי (ELMs). בדיוק כאשר השמש משחררת התפרצויות עצומות של אנרגיה בצורה של התפרצויות שמש, כך התפרצויות של התפרצויות אלים יכולות להתנגש בקירות של טוקאמקס דמויי סופגניות המעודדים תגובות פיוז'ן, שעלולות לגרום נזק לקירות הכור.

אדוות שליטה על התפרצויות חדשות

כדי לשלוט על התפרצויות אלה, המדענים מפריעים לפלזמה באדוות מגנטיות קטנות הנקראות "הפרעות מגנטיות מהדהדות" (RMPs) המעוותות את צורת הדונאט החלקות של לחץ יתר של פלזמה, שמפחית או מונע את התרחשותן של ELM. החלק הקשה הוא לייצר רק את הכמות הנכונה של עיוות זה 3-D כדי לחסל את ה- ELMs מבלי להפעיל אי יציבות אחרים ולשחרר יותר מדי אנרגיה, כי במקרה הגרוע ביותר, יכול להוביל לשיבוש גדול המסתיים פלזמה.

הפיכת המשימה קשה במיוחד היא העובדה כי מספר בלתי מוגבל של עיוותים מגנטיים יכול להיות מיושם על פלזמה, מה שגורם למצוא את הסוג הנכון של עיוות להיות אתגר יוצא דופן. אבל לא עוד.

הפיסיקאי ג'ונג-קיו פארק של מחלקת האנרגיה של ארה"ב (DOE) של פלסטיקה פלסטית של פלנסטון (PPPL), שעבד עם צוות של משתפי פעולה מארה"ב והמכון הלאומי לחקר פיוז'ן (NFRI) בקוריאה, ניבא בהצלחה את המערכת כולה של עיוותים תלת מימדיים מועילים לשליטה ב- ELM מבלי ליצור בעיות נוספות. החוקרים אישרו את התחזיות הללו על מתקן המחקר המתקדמים בטורקיה (KSTAR) בקוריאנית, אחד הטוקמקים המתקדמים ביותר בעולם, הממוקם בדאיג'ון שבדרום קוריאה.

אידיאלי KSTAR לבדיקות

KSTAR היה אידיאלי לבדיקת התחזיות בשל בקרות המגנט המתקדמות שלה ליצירת עיוותים מדויקים בסימטריה דמוית הדונאט, כמעט מושלמת, של הפלסמה. זיהוי העיוותים המועילים ביותר, המהווים פחות מאחוז אחד מכל העיוותים האפשריים שניתן לייצר בתוך KSTAR, היה כמעט בלתי אפשרי ללא המודל הניבוי שפיתח צוות המחקר.

התוצאה היתה הישג תקדימי. "אנו מראים לראשונה את חלון ההפעלה המלא של שדה תלת-ממדי בטוקמאק כדי לדכא את ה- ELM מבלי לעורר אי-יציבות בסיסית או כליה משפילה בצורה מופרזת", אמר פארק, שכתב עם 14 מחברים מארה"ב ומדרום קוריאה - מתפרסם בכתב העת Nature Physics. "במשך זמן רב חשבנו שיהיה קשה מדי מבחינה חישובית לזהות את כל השדות המפיקים את הסימטריה, אבל העבודה שלנו מדגימה כעת הליך פשוט לזיהוי מערכת התצורות הללו".

החוקרים הפחיתו את המורכבות של החישובים כאשר הם הבינו כי מספר דרכים פלזמה יכול לעוות הוא למעשה הרבה פחות מאשר טווח של 3-D שדות אפשריים שניתן להחיל על פלזמה. על ידי עבודה לאחור, מעיוותים לשדות תלת-ממדיים, המחברים חישבו את השדות היעילים ביותר לחיסול ה- ELM. ניסויים KSTAR אישר את התחזיות עם דיוק מדהים.

הממצאים מספקים ביטחון חדש

הממצאים על KSTAR מספקים ביטחון חדש ביכולת לחזות שדות תלת-ממדיים אופטימליים ל- ITER, ה- tokamak הבינלאומי שבבנייה בצרפת, המתכנן להשתמש במגנטים מיוחדים כדי לייצר עיוותים תלת-ממדיים כדי לשלוט ב- ELM. שליטה כזו תהיה חיונית עבור ITER, שמטרתה לייצר 10 פעמים יותר אנרגיה ממה שיידרש כדי לחמם את הפלסמה. לדברי החוקרים, "השיטה והעיקרון שאומצו במחקר זה יכולים לשפר באופן משמעותי את היעילות והנאמנות של תהליך אופטימיזציה תלת-ממדי מסובך בטוקאמקס".

menu
menu