ABD Enerji Bakanlığı'nın (DOE) Princeton Plazma Fizik Laboratuvarı'ndaki (PPPL) araştırmacılar, plazmayı füzyon olarak bilinen bir süreçte elektrik üretmek için kullanılabilecek şekilde yönetmek için bir dizi yöntem geliştirmeye yönelik devam eden araştırmalarında, iki eski Daha fazla esneklik sağlamak için yöntemler birleştirilebilir.
Elektron siklotron akım tahriki (ECCD) ve rezonans manyetik pertürbasyonların uygulanması (RMP) olarak bilinen iki yöntem uzun süredir inceleniyor olsa da, araştırmacılar bu yöntemlerin gelişmiş plazma kontrolü sağlamak için birlikte nasıl kullanılabileceklerini ilk kez simüle ettiler.
PPPL'de kadrolu araştırma fizikçisi ve 2010'da yayınlanan yeni bir makalenin başyazarı olan Qiming Hu, "Bu yeni bir fikir" dedi. Nükleer füzyon Deneysel olarak da kanıtlanmış olan çalışma hakkında. "Tüm yetenekler hâlâ çözülüyor, ancak makalemiz potansiyel faydalara ilişkin anlayışımızı ilerletme konusunda harika bir iş çıkarıyor."
Sonuçta bilim insanları elektrik üretmek için füzyonu kullanmayı umuyorlar. İlk olarak, kenar lokalize modlar (ELM'ler) olarak bilinen plazmadaki parçacık patlamalarını en aza indirmeye yönelik yöntemlerin mükemmelleştirilmesi de dahil olmak üzere çeşitli engellerin üstesinden gelmeleri gerekecek.
“Periyodik olarak bu patlamalar bir miktar baskıyı serbest bırakıyor çünkü bu çok fazla. Ancak bu patlamalar tehlikeli olabilir" dedi General Atomics'in ev sahipliği yaptığı bir DOE kullanıcı tesisi olan DIII-D Ulusal Füzyon Tesisi'nde PPPL için çalışan Hu. DIII-D, bir füzyon plazmasını halka şeklinde sınırlamak için manyetik alanları kullanan bir tokamak cihazıdır. ELM'ler füzyon reaksiyonunu sona erdirebilir ve hatta tokamak'a zarar verebilir, bu nedenle araştırmacılar bunlardan kaçınmanın birçok yolunu geliştirdiler.
Makalenin ortak yazarlarından biri olan PPPL Baş Araştırma Fiziği Alessandro Bortolon, "Bunlardan kaçınmanın bulduğumuz en iyi yol, ek manyetik alanlar üreten rezonans manyetik pertürbasyonları veya RMP'leri uygulamaktır" dedi.
Manyetik alanlar adalar oluşturur, mikrodalgalar onları ayarlar
Başlangıçta tokamak rüzgarı tarafından torus şeklindeki plazmanın etrafına hem uzun yoldan (dış kenarın etrafından), hem de dış kenardan ve merkez delikten kısa yoldan uygulanan manyetik alanlar. RMP'lerin yarattığı ilave manyetik alanlar, bir lağım dikişi gibi içeri ve dışarı doğru örerek plazma boyunca ilerler. Bu alanlar plazmada manyetik adalar adı verilen oval veya dairesel manyetik alanlar üretir.
"Normalde plazmadaki adalar gerçekten çok kötüdür. Adalar çok büyükse plazmanın kendisi bozulabilir."
Ancak araştırmacılar, belirli koşullar altında adaların faydalı olabileceğini deneysel olarak zaten biliyorlardı. İşin zor kısmı adaları oluşturacak kadar büyük RMP'ler oluşturmaktır. Temelde bir mikrodalga ışın enjeksiyonu olan ECCD'nin devreye girdiği yer burasıdır. Araştırmacılar, plazmanın kenarına ECCD eklemenin, adaları oluşturmak için gerekli RMP'leri üretmek için gereken akım miktarını azalttığını buldu.
Mikrodalga ışın enjeksiyonu aynı zamanda araştırmacıların maksimum plazma kenar stabilitesi için adaların boyutunu mükemmelleştirmesine de olanak tanıdı. Metaforik olarak, RMP'ler adaları açan basit bir ışık anahtarı gibi davranırken, ECCD araştırmacıların adaları yönetilebilir bir plazma için ideal boyuta ayarlamasına olanak tanıyan ek bir kısma anahtarı gibi davranıyor.
Hu, "Simülasyonumuz oyundaki etkileşimlere ilişkin anlayışımızı geliştiriyor" dedi. “ECCD, plazmadaki akımla aynı yönde eklendiğinde adanın genişliği azaldı ve kaide basıncı arttı. ECCD'yi ters yönde uygulamak, ada genişliğinin artması ve kaide basıncının düşmesi veya ada açılmasının kolaylaşması gibi zıt sonuçlar üretti."
ECCD çekirdek yerine kenarda
Araştırma aynı zamanda ECCD'nin tipik olarak kullanıldığı çekirdek yerine plazmanın kenarına eklenmesi nedeniyle de dikkat çekicidir.
Hu, "Genellikle insanlar, mikrodalgaların kap içi bileşenlere zarar verebileceği için plazma kenarında lokalize ECCD uygulamasının riskli olduğunu düşünüyor" dedi. “Bunun yapılabilir olduğunu gösterdik ve yaklaşımın esnekliğini ortaya koyduk. Bu, gelecekteki cihazların tasarlanması için yeni yollar açabilir."
Bu simülasyon çalışması, RMP'leri oluşturmak için gereken akım miktarını azaltarak, sonuçta geleceğin ticari ölçekli füzyon cihazlarında füzyon enerjisi üretiminin maliyetinin düşürülmesine yol açabilir.