新見解可以幫助控制聚變等離子體中的快速離子

為了創(chuàng)建一個(gè)實(shí)用的聚變能反應(yīng)堆，研究人員需要控制被稱為快速離子的粒子。這些帶電荷的氫原子的快速離子在與其他離子碰撞時(shí)提供了反應(yīng)器的大部分自熱能力。但是它們也可以迅速逃脫用于限制它們的強(qiáng)大磁場，并使安全殼壁過熱，從而造成損壞。

DIII-D國家核聚變?cè)O(shè)施的一個(gè)團(tuán)隊(duì)最近采用了另一種方法來研究這些難以測量的粒子。這項(xiàng)研究顯示出令人鼓舞的結(jié)果，這些結(jié)果不僅使人們對(duì)粒子本身的物理現(xiàn)象有了深刻的了解，而且還可能導(dǎo)致監(jiān)測和管理未來反應(yīng)堆中快離子含量的可靠新方法。

DIII-D研究人員Kathreen Thome說：“面對(duì)聚變能中的這類挑戰(zhàn)，這確實(shí)是一個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)刻。” “全球聚變社區(qū)正在加快能源輸出的步伐，而我們對(duì)這些問題所產(chǎn)生的每一個(gè)額外的見解使我們更接近那個(gè)目的地。”

測量快速離子所面臨的部分研究挑戰(zhàn)在于托卡馬克(一種聚變反應(yīng)堆)中心的惡劣環(huán)境。當(dāng)今的研究托卡馬克中使用的精致傳感器只會(huì)在未來的聚變反應(yīng)堆中被破壞，而聚變反應(yīng)堆的功率將更高。DIII-D小組使用堅(jiān)固的磁傳感器和高性能計(jì)算來捕獲和解釋由這些快速粒子在設(shè)備磁場中產(chǎn)生的小擺動(dòng)。這種磁場波動(dòng)(圖1)提供了有關(guān)快速離子的特性和行為以及它們?nèi)绾闻c等離子體波相互作用的信息。

聚變界的下一步將是使用生成的數(shù)據(jù)來擴(kuò)展計(jì)算機(jī)模型的功能，該計(jì)算機(jī)模型基于這些擺動(dòng)來解釋快速離子的行為。一旦使模型更有效，就可以在未來的大功率反應(yīng)堆中將其與堅(jiān)固的磁傳感器結(jié)合使用，以實(shí)時(shí)控制影響快速離子的條件。如果可以建立該反饋回路，則不僅可以防止快速離子損壞托卡馬克壁，還可以將其用于更有效地加熱等離子體。