Descoperirea esențială semnalează un salt uriaș înainte în progresul reactoarelor de fuziune

Cercetătorii au folosit undele Alfvén pentru a atenua electronii fugari din dispozitivele de fuziune tokamak, oferind implicații majore pentru viitoarele proiecte de energie de fuziune, inclusiv ITER în Franța.

Oamenii de știință conduși de Zhang Liu de la Laboratorul de Fizică a Plasmei din Princeton (PPPL) a dezvăluit o abordare promițătoare pentru a atenua daunele electronilor evazivi cauzate de turbulența în dispozitivele de fuziune tokamak. Cheia acestei abordări a fost valorificarea unui gen unic plasmă Un val numit după astrofizicianul Hans Alvvén, care a câștigat Premiul Nobel în 1970.

Se știe de multă vreme că undele Alfvén slăbesc izolarea particulelor de înaltă energie din reactoarele tokamak, permițând unora să scape și reducând eficiența dispozitivelor în formă de gogoși. Cu toate acestea, noi descoperiri ale lui Zhang Liu și cercetătorilor de la General Atomics, Universitatea Columbia și PPPL au dezvăluit rezultate utile în cazul electronilor evazivi.

Proces circular grozav

Oamenii de știință au descoperit că o astfel de slăbire ar putea împrăștia sau împrăștia electronii de înaltă energie înainte ca aceștia să se transforme în avalanșe care deteriorează componentele tokamak-ului. Acest proces este determinat a fi remarcabil de circular: evadații creează instabilități care dau naștere undelor Alfvén care împiedică formarea avalanșei.

„Aceste descoperiri oferă o explicație cuprinzătoare pentru observarea directă a undelor Alfvén în experimentele de inactivare”, a spus Liu, cercetător la PPPL și autor principal al unei lucrări care detaliază descoperirile. Scrisori de revizuire fizică. „Rezultatele demonstrează o legătură clară între aceste modele și generarea de electroni fugari.”

Chang Liu. Credit: Elle Starkman

Cercetătorii au dedus o teorie pentru circuitul observat al acestor interacțiuni. Rezultatele se potrivesc bine cu evadații din experimentele efectuate la National Fusion Facility DIII-D, un Departament de Energie tokamak operat de General Atomics pentru Biroul de Știință. Testele teoriei s-au dovedit pozitive și pe supercomputerul Summit situat la Laboratorul Național Oak Ridge.

„Lucrările lui Zhang Liu arată că dimensiunea bazinului de electroni care evadează poate fi controlată de instabilitățile determinate de electronii care evadează înșiși”, a spus Felix Parra Diaz, șeful de teorie la PPPL. „Cercetarea sa este foarte incitantă, deoarece poate duce la proiecte de tokamak care atenuează în mod natural daunele electronilor prin instabilitate inerentă.”

Călire termică

Turbulența începe cu o scădere bruscă a temperaturilor de un milion de grade necesare reacțiilor de fuziune. Aceste picături, numite „stingere termică”, eliberează avalanșe de alunecări de teren similare cu alunecările de teren declanșate de cutremur. „Controlul turbulenței este o provocare majoră pentru succesul tokamak”, a spus Liu.

Reacțiile de fuziune combină elemente ușoare sub formă de plasmă – starea fierbinte și încărcată a materiei formată din electroni liberi și nuclei atomici numiți ioni – pentru a elibera energia masivă care alimentează soarele și stelele. Atenuarea riscului de turbulență și electroni evazivi ar oferi astfel un beneficiu unic pentru instalațiile de tokamak concepute pentru a reproduce procesul.

Atenuarea riscului de turbulență și electroni evazivi ar oferi astfel un beneficiu unic pentru instalațiile de tokamak concepute pentru a reproduce procesul.

Energia de fuziune nucleară poate fi o sursă esențială de energie durabilă pentru a completa sursele de energie regenerabilă. Cel mai mare experiment de fuziune din lume, ITER, este acum construit în Franța. Credit: ITER

Noua abordare ar putea avea implicații asupra progresului proiectului ITER, un tokamak internațional în construcție în Franța pentru a demonstra aplicarea practică a energiei de fuziune și ar putea reprezenta un pas major în dezvoltarea centralelor electrice de fuziune.

„Descoperirile noastre deschid calea pentru crearea de noi strategii pentru a atenua electronii evazivi”, a spus Liu. Acum, în etapa de planificare, există campanii experimentale în care cele trei centre de cercetare își propun să dezvolte în continuare rezultatele uimitoare.