Keşfedilen: tokamaklarda kararsızlıkların bastırılması için optimal manyetik alanlar
Fusion, güneşi ve yıldızları tahrik eden güç, çok büyük miktarda enerji üretir. Dünyadaki bilim adamları, ışık elementlerini serbest elektronlardan ve atom çekirdeğinden oluşan sıcak, yüklü plazma biçiminde birleştiren bu süreci, "yıldız" olarak adlandırılabilecek bir şeyde elektrik üretmek için neredeyse bitmez tükenmez bir güç kaynağı yaratmaya çalışırlar. Bir kavanoz. "
Dünyadaki füzyon gücünü yakalama çabasındaki uzun süreli bir bulmaca, kenar yerel modları (ELM'ler) olarak adlandırılan plazmada meydana gelen yaygın bir istikrarsızlığın nasıl azaltılacağını veya ortadan kaldırılabileceğidir. Güneş güneş patlamaları şeklinde çok büyük enerji patlamaları saldığı gibi, ELM'lerin parıltı benzeri patlamaları, füzyon reaksiyonları barındıran ve reaktörün duvarlarına zarar veren çörek şeklindeki tokamakların duvarlarına çarpabilir.
Dalgalanmalar yeni patlamaları kontrol eder
Bu patlamaları kontrol etmek için, bilim adamları plazmanın pürüzsüz, donut şeklini bozan rezonant manyetik pertürbasyon (RMP'ler) adı verilen küçük manyetik dalgalanmalarla plazmayı rahatsız eder - ELM'lerin oluşmasını azaltan veya engelleyen aşırı basıncı serbest bırakır. Zor olan kısım, diğer kararsızlıkları tetiklemeden ve en kötü durumda plazmayı sonlandıran büyük bir bozulmaya yol açabilecek çok fazla enerji bırakmadan ELM'leri ortadan kaldırmak için bu 3 boyutlu bozulmanın sadece doğru miktarını üretmektedir.
Görevi zor bir şekilde yapmak, plazmaya neredeyse sınırsız sayıda manyetik çarpıklık uygulanabilmesi, doğru bir çarpıklığın kesin bir meydan okuma olduğunu kesin olarak ortaya çıkarmasıdır. Ama artık değil.
ABD Enerji Bakanlığı'ndan (DOE) Princeton Plazma Fizik Laboratuvarı'ndan (PPPL) fizikçi Jong-Kyu Park, Birleşik Devletlerden ve Kuzey Fusion Araştırma Enstitüsü'nden (NFRI) bir ekiple birlikte çalışarak tüm kümeyi başarıyla tahmin etti. daha fazla problem yaratmadan ELM'leri kontrol etmek için faydalı 3-D bozulmalarını içerir. Araştırmacılar, Güney Kore'de Daejeon'da bulunan dünyanın en gelişmiş süper iletken tokamaklarından biri olan Kore Süperiletken Tokamak İleri Araştırma (KSTAR) tesisindeki bu tahminleri doğruladı.
KSTAR testler için idealdir
KSTAR, plazmanın yakın-mükemmel, donut-şekilli simetrisinde kesin bozulmaları üretmek için gelişmiş mıknatıs kontrollerinden dolayı tahminleri test etmek için ideal olmuştur. KSTAR içinde üretilebilecek tüm olası çarpıklıkların yüzde birinden daha azını oluşturan en faydalı çarpıklıkları belirlemek, araştırma ekibi tarafından geliştirilen öngörü modeli olmaksızın neredeyse imkansız olurdu.
Sonuç emsal belirleyici bir başarıydı. "İlk kez tam bir 3 boyutlu arazi işletim penceresini bir tokamak içinde çekirdek dengesizliklerini ya da aşırı derecede hapsedilmeden ELM'leri bastırmak için gösteriyoruz, " diyen Park, ABD ve Güney Kore'den 14 yazarla birlikte yazdı. Doğa Fiziği'nde yayınlanmaktadır. "Uzun zamandır, tüm yararlı simetri kırma alanlarını tanımlamanın çok zor olacağı kanaatindeydik, ancak çalışmalarımız artık tüm bu konfigürasyon setlerini tanımlamak için basit bir prosedür olduğunu gösteriyor."
Araştırmacılar, plazmanın çarpabileceği yol sayısının, plazmaya uygulanabilecek olası 3-D alan aralığından çok daha az olduğunu fark ettiğinde, hesaplamaların karmaşıklığını azalttılar. Geriye doğru, çarpıklıklardan 3-D alanlarına kadar, yazarlar ELM'leri ortadan kaldırmak için en etkili alanları hesapladılar. KSTAR deneyleri, tahminleri olağanüstü doğrulukla doğruladı.
Bulgular yeni bir güven veriyor
KSTAR ile ilgili bulgular, ELM'leri kontrol etmek için 3 boyutlu çarpıklıklar üretmek için özel mıknatıslar kullanmayı planlayan Fransa'daki uluslararası tokamak ITER için en uygun 3-D alanlarını tahmin etme becerisine yeni bir güven vermektedir. Bu kontrol, amacı plazmayı ısıtmak için harcayacağından 10 kat daha fazla enerji üretmek olan ITER için hayati olacaktır. Yazının söz konusu yazarları, "Bu çalışmada benimsenen yöntem ve ilke, tokamaklarda karmaşık 3 boyutlu optimizasyon sürecinin verimliliğini ve doğruluğunu önemli ölçüde artırabilir."