聚變，驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)和恒星的能量，產(chǎn)生大量的能量。地球上的科學(xué)家試圖復(fù)制這個(gè)過(guò)程，這個(gè)過(guò)程融合了由自由電子和原子核組成的熱的帶電等離子體形式的輕元素，創(chuàng)造了一種幾乎取之不盡的電力供應(yīng)，可以在所謂的“星際”中發(fā)電。一個(gè)罐子。“

在地球上捕獲聚變能力的長(zhǎng)期難題是如何減少或消除等離子體中發(fā)生的稱為邊緣局部模式(ELM)的常見(jiàn)不穩(wěn)定性。就像太陽(yáng)以太陽(yáng)耀斑的形式釋放出巨大的能量爆發(fā)一樣，ELM爆炸般的爆發(fā)也會(huì)撞到環(huán)形的托卡馬克的墻壁上，這些托卡馬克會(huì)產(chǎn)生聚變反應(yīng)，可能會(huì)損壞反應(yīng)堆的墻壁。

漣漪控制著新的爆發(fā)

為了控制這些爆發(fā)，科學(xué)家們用稱為共振磁擾動(dòng)(RMPs)的小磁波來(lái)擾亂等離子體，這種波動(dòng)扭曲了等離子體的平滑，圓環(huán)形狀 - 釋放了減少或阻止ELM發(fā)生的超壓。困難的部分是產(chǎn)生恰當(dāng)數(shù)量的3D失真，以消除ELM而不會(huì)觸發(fā)其他不穩(wěn)定性并釋放過(guò)多的能量，在最壞的情況下，可能會(huì)導(dǎo)致終止等離子體的嚴(yán)重破壞。

使任務(wù)異常困難的事實(shí)是，可以對(duì)等離子體施加幾乎無(wú)限數(shù)量的磁性失真，從而導(dǎo)致精確地找到正確類(lèi)型的失真是非常大的挑戰(zhàn)。但不再。

美國(guó)能源部(DOE)普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室(PPPL)的物理學(xué)家Jong-Kyu Park與來(lái)自美國(guó)和韓國(guó)國(guó)家聚變研究所(NFRI)的合作者團(tuán)隊(duì)合作，成功預(yù)測(cè)了整套有益的3D失真控制ELM而不會(huì)產(chǎn)生更多問(wèn)題。研究人員對(duì)位于韓國(guó)大田的世界上最先進(jìn)的超導(dǎo)托卡馬克之一韓國(guó)超導(dǎo)托卡馬克先進(jìn)研究(KSTAR)設(shè)施進(jìn)行了這些預(yù)測(cè)驗(yàn)證。

KSTAR是測(cè)試的理想選擇

KSTAR是測(cè)試預(yù)測(cè)的理想選擇，因?yàn)樗哂邢冗M(jìn)的磁鐵控制功能，可以在等離子體的近乎完美的圓環(huán)形對(duì)稱性中產(chǎn)生精確的扭曲。如果沒(méi)有研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的預(yù)測(cè)模型，識(shí)別最有利的扭曲(其數(shù)量不到KSTAR內(nèi)可能產(chǎn)生的所有扭曲的百分之一)幾乎是不可能的。

結(jié)果是先例設(shè)定的成就。“我們首次展示托卡馬克中完整的3D現(xiàn)場(chǎng)操作窗口，以抑制ELM而不會(huì)引起核心不穩(wěn)定或過(guò)度降低限制，”帕克說(shuō)，他的論文 - 來(lái)自美國(guó)和韓國(guó)的14位共同作者 - 發(fā)表在自然物理學(xué)。“很長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)，我們認(rèn)為識(shí)別所有有利的對(duì)稱破壞字段在計(jì)算上太難了，但我們的工作現(xiàn)在展示了一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程來(lái)識(shí)別所有這些配置的集合。”

當(dāng)研究人員意識(shí)到等離子體可以扭曲的方式實(shí)際上遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于可以應(yīng)用于等離子體的可能3D場(chǎng)的范圍時(shí)，他們降低了計(jì)算的復(fù)雜性。通過(guò)向后工作，從扭曲到3D場(chǎng)，作者計(jì)算了消除ELM的最有效領(lǐng)域。KSTAR實(shí)驗(yàn)以非常準(zhǔn)確的方式證實(shí)了這些預(yù)測(cè)。

調(diào)查結(jié)果提供了新的信心

KSTAR的研究結(jié)果為ITER(法國(guó)正在建設(shè)的國(guó)際托卡馬克)預(yù)測(cè)最佳三維場(chǎng)的能力提供了新的信心，ITER計(jì)劃采用特殊磁鐵來(lái)產(chǎn)生3D失真以控制ELM。這種控制對(duì)ITER至關(guān)重要，ITER的目標(biāo)是產(chǎn)生比加熱等離子體所需能量多10倍的能量。該論文的作者說(shuō)，“本研究采用的方法和原理可以顯著提高托卡馬克復(fù)雜3D優(yōu)化過(guò)程的效率和保真度。”