Fusionsreaktoren mit "langen Beinen" sind vielversprechend

Euro Truck Simulator 2 - #10 Tukumsianer haben Fusionsreaktoren im Keller! (mit ProMods) (Juni 2019).

Anonim

Bei der magnetischen Fusion geht es darum, die Schnittstelle zwischen heißem Plasma und gewöhnlichen Materialien zu steuern. Das starke Magnetfeld in einem Tokamak - das Gefäß, das bei diesem Fusionierungsansatz verwendet wird - ist ein sehr effektiver Isolator; es ist in der Lage, die Plasmatemperatur um den Faktor 100 zu senken, von über 100 Millionen Grad Celsius in der Mitte auf "nur" 1 Million Grad am Rand. Dies ist jedoch nicht niedrig genug. Daher ist es die Aufgabe des Grenzplasmas, die Temperatur um einen weiteren Faktor 100 zu reduzieren, bevor es die Wand berührt.

Unglücklicherweise neigt diese Grenzschicht dazu, sehr dünn zu sein, wobei die Kraft auf eine kleine Fläche fokussiert wird. Kraftwerke haben eine um mehr als das Hundertfache höhere Sonneneinstrahlung als die heutige Sonne und einen um den Faktor 10 höheren Wert als die bisherigen Experimente, was weit über die Grenzen hinausgeht, die Materialoberflächen bewältigen können. Darüber hinaus können extreme Leistungsabgase plötzlich auftreten und eine sehr schwierige Steuerungsherausforderung darstellen.

Glücklicherweise finden Forscher jetzt, dass langbeinige Plasmaauslasskanäle (oder Divertoren) die Lösung bereitstellen können, die für Fusionskraftwerke benötigt wird. Diese nutzen clevere x-Punkte: spezielle Orte, an denen sich die Magnetfeldtopologie ausdehnen und den Plasmaabgasstrom in mehrere Kanäle umlenken kann.

Zunächst wird ein von oben nach unten symmetrisches Kernplasma erzeugt, das durch zwei primäre magnetische x-Punkte definiert wird. In dieser Konfiguration zeigen Experimente, dass ungefähr 90 Prozent der Wärme das Kernplasma auf der äußeren Hälfte der Vorrichtung entlang der zwei äußeren Beine verlässt (Zusammenfassung 1). Das Verlängern der Länge der äußeren Kanäle und das Einbetten von sekundären x-Punkten in sie wird dann die Handhabung des Kraftabgases verbessern. Zusätzlich fördert diese Konfiguration den Aufbau von hohen Gasdrücken in den Beinen.

Eine aktuelle Bewertung der Belastbarkeit von Langbein-Divertorkonfigurationen wurde durchgeführt und mit konventionellen Konfigurationen verglichen, die einen Randplasmasimulationscode verwendeten, der am Lawrence Livermore National Laboratory entwickelt wurde und mit magnetischen x-Punkten im Bein umgehen konnte (Abstract 2). Die Kombination aus langbeiniger magnetischer Geometrie, verbesserten Gas-Plasma-Wechselwirkungen und dem Vorhandensein eines sekundären magnetischen x-Punkts erhöht die Spitzenbelastbarkeit im Vergleich zu herkömmlichen Divertoren um den Faktor 10 - ein beispielloses Ergebnis.

Am wichtigsten ist, dass der sekundäre x-Punkt eine stabile strahlende Schicht erzeugt, die den Plasmawärmeabzug vollständig aufnimmt, wodurch ein heißer Plasmakontakt an den Materialwänden eliminiert wird, selbst wenn die Plasmaabgasleistung um einen Faktor von 10 variiert wird Steuerung. Wenn die Leistung variiert wird, bewegt sich die Position der Strahlungsschicht einfach nach oben oder unten, um die ankommende Leistung anzupassen (Abbildung 2). Die strahlende Schicht verbleibt in dem Divertorschenkel und beeinflusst die primären x-Punkte nicht, was die Kernplasma-Leistung beeinträchtigen würde.

Diese Ergebnisse, kombiniert mit anderen, tragen zur Planung von Versuchsvorrichtungen für den nächsten Schritt bei, die die Ideen der Leistungsabgase bei Leistungsdichten auf Reaktorebene testen würden (Abstract 3).

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