新型设备可以快速控制融合设施中的等离子体破坏

2019-06-12 15:41:00
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寻求捕获和控制地球聚变能的科学家,即为太阳和恒星提供动力的过程,面临着破坏的风险 - 突然发生的事件可以阻止聚变反应并破坏设施中的托卡马克设施。美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)和华盛顿大学的研究人员已经开发出一种新型原型,可以在它们完全发挥作用之前快速控制中断。

这种被称为“电磁粒子注入器”(EPI)的装置是一种轨道炮,它可以将一对高速射弹从一对带电轨道发射到等离子体中,处于破坏的边缘。被称为“sabot”的抛射物将有效载荷释放到等离子体的中心,该等离子体辐射或扩散存储在等离子体中的能量,减少其对托卡马克内部的影响。

深入穿透有效载荷

这个过程可能证明更快,并且可能允许有效载荷比现在最发达的技术更深入地渗透到等离子体中。目前的系统使用气阀将加压气体或气体推进的破碎颗粒释放到等离子体中,但速度受到气体颗粒质量的限制。“在EPI概念的过气推进系统的主要优点是它的潜力来满足短期预警时间尺度上,”罗杰·拉曼,华盛顿大学的物理学家长期分配PPPL和主要作者一个的说,核聚变纸描述了新系统。

对于ITER来说,中断的风险特别大,这是法国正在建设的大型国际托卡马克,以证明聚变能的可行性。ITER密集,高功率的等离子体放电,即促进聚变反应的物质状态,将使当前气体驱动的缓解方法难以深入渗透到高能ITER等离子体中以获得良好效果。

在ITER上,根据中断警告,在不到20毫秒或数千秒的时间内需要缓解,理想的是10毫秒。EPI原型的测试表明,它可以在不到10毫秒的时间内提供正确尺寸颗粒的有效载荷,而气体推进系统则为30毫秒。

这个原型在华盛顿大学建造,可以追溯到几年前拉曼工作的聚变反应堆加油系统。该系统注入等离子体,具有自身磁场的足球形等离子体,以高速注入聚变等离子体中。拉曼改进了系统的一些特征,以允许以更简单的配置注入更多的质量,如长待机操作模式所需,以开发EPI。

导电轨道

原型机将弹壳安放在两个相距2至3厘米的导电轨之间,并连接到一个保持电荷的电容器组。放电组产生的电磁力可加速弹壳,从而可在2毫秒内释放有效载荷。由轻金属颗粒或颗粒组成的材料将从等离子体中心向边缘辐射破坏能量,扩散能量并减弱其对托卡马克墙壁的影响。

已经提议在PPPL进行EPI系统的进一步开发。计划要求在三年内建造具有越来越强的磁场的第二代和第三代原型,然后在第四年在托卡马克部署。迄今为止,核聚变中报道的结果提供了一定程度的信心,即可以开发有效的EPI系统来减轻ITER的强大破坏。

在本研究出版物中加入拉曼的是PPPL的Jonathan Menard和Masa Ono,以及华盛顿大学的Wei-Siang Lay和Thomas Jarboe。这项工作的支持来自美国能源部科学办公室。

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