PPPL Personeli Araştırma Fizikçisi Jason Parisi. Katkıda bulunanlar: Michael Livingston / PPPL İletişim Departmanı

Plazmadan enerji elde etmek, onu sıcak, yoğun ve stabil tutmak için füzyon sırasındaki davranışının kesin olarak anlaşılmasını gerektirir. Plazmanın kararsız hale gelebilen ve şişebilen kenarıyla ilgili yeni bir teorik model, ticari füzyon gücü olasılığını gerçeğe yaklaştırıyor.

PPPL’de kadrolu araştırma fizikçisi olan Jason Parisi, “Model, farklı tokamak şekilleri için plazmanın kenarlarını stabilize etme düşüncesini geliştiriyor” dedi. Parisi, modeli açıklayan dergilerde yayınlanan üç makalenin baş yazarıdır. Nükleer füzyon Ve Plazma Fiziği. birincil kağıt kenarda bulunan, kaide adı verilen plazmanın bir kısmına odaklanır. Kaide kararsızlıklara eğilimlidir çünkü plazmanın sıcaklığı ve basıncı bu alanda sıklıkla keskin bir şekilde düşer.

Yeni model, ABD Enerji Bakanlığı’nın (DOE) Princeton Plazma Fizik Laboratuvarı (PPPL) Ulusal Küresel Torus Deneyi’nde (NSTX) görülen kaide davranışlarıyla eşleşen ilk model olması nedeniyle dikkat çekiyor. Geleneksel tokamaklar çörek şeklindeyken, NSTX daha çok çekirdekli elmaya benzeyen birkaç tokamak’tan biridir. Tokamak oranlarındaki farklılık plazmayı ve modelin gösterdiği gibi kaideyi etkiler.

Balon istikrarsızlıkları

Parisi, bir bilim insanı ekibiyle birlikte kaidelerin sınırlarını araştırdı ve bir plazmanın içindeki plazmaya ne kadar basınç uygulanabileceğini araştırdı. kararsızlıklar ortaya çıkmadan önce reaktör. Özellikle, balonlaşma dengesizlikleri olarak adlandırılan kaidedeki bozulmaları incelediler: sıkıştırıldığında uzun bir balonun ucu gibi dışarı çıkan plazma çıkıntıları.

Parisi, “Model, insanların sahada belki 10 yıldır kullandığı modelin bir uzantısıdır, ancak balon stabilitesi hesaplamasını çok daha karmaşık hale getirdik” dedi.

Bilim insanları, modellerini geliştirmek için kaide ölçümleri (yükseklik ve genişlik) ile balon dengesizlikleri arasındaki ilişkiye baktılar. Parisi, yeni modelin ilk denemede uyum sağladığını söyledi. “Bu kadar iyi çalıştığına şaşırdım. Doğru olduğundan emin olmak için modeli kırmaya çalıştık ama verilere gerçekten çok iyi uyuyor” dedi.

EPED modelini genişletme

EPED olarak bilinen mevcut modelin çörek şeklindeki tokamaklarda işe yaradığı biliniyordu ancak küresel çeşitte işe yaramıyordu. Parisi, “Bunu denemeye karar verdik ve EPED’in yalnızca bir bölümünü değiştirerek artık gerçekten iyi çalışıyor” dedi. Sonuçlar aynı zamanda araştırmacılara iki tokamak tasarımı arasındaki karşıtlığın daha net bir resmini sunuyor.

“Elma şekli ile standart şekilli tokamak için stabilite sınırı arasında kesinlikle büyük bir fark var ve modelimiz artık bu farkın neden var olduğunu bir şekilde açıklayabiliyor” dedi. Bulgular plazma bozulmalarını en aza indirmeye yardımcı olabilir.

Tokamaklar plazmanın basıncını ve sıcaklığını arttırmak için tasarlanmıştır ancak dengesizlikler bu çabaları engelleyebilir. Örneğin plazma dışarı taşar ve reaktörün duvarlarına temas ederse zamanla duvarları aşındırabilir.

Kararsızlıklar ayrıca enerjiyi plazmadan uzağa yayabilir. Kararsızlıklar meydana gelmeden önce bir kaidenin ne kadar dik olabileceğini bilmek, araştırmacıların tokamak oranlarına dayalı olarak füzyon reaksiyonları için plazmaları optimize etmenin yollarını bulmasına yardımcı olabilir.

Hangi şeklin daha avantajlı olduğunun henüz belli olmadığını ekledi ancak model, elma şeklinin olumlu yönlerinden faydalanmaya ve bunların ne kadar fayda sağlayabileceğini görmeye çalışacak başka deneyler öneriyor.

Temel olarak yeni model, kaideler hakkındaki anlayışımızı geliştiriyor ve bilim adamlarını, tükettiğinden daha fazla güç üreten bir füzyon reaktörü tasarlama hedefine ulaşmaya bir adım daha yaklaştırıyor.

Plazma şekli ve kaide ölçümleri

Parisi’nin ikinci makale Bu seride EPED modelinin farklı plazma şekilleri için kaidenin yüksekliği ve genişliği ile ne kadar iyi uyum sağladığı inceleniyor.

“Çekirdek füzyon basıncınız ve dolayısıyla gücünüz, kaidenizin ne kadar yüksek olduğuna çok duyarlıdır. Dolayısıyla, gelecekteki füzyon cihazları için farklı şekiller keşfedeceksek, tahminlerimizin işe yaradığından kesinlikle emin olmak isteriz” dedi. .

Parisi, NSTX’teki deneysel deşarjlardan elde edilen eski verilerle başladı ve ardından plazmanın kenar şeklini değiştirdi. Şekli değiştirmenin kaidenin genişlik-yükseklik oranı üzerinde çok büyük bir etkiye sahip olduğunu buldu. Ek olarak Parisi, bazı şekillerin, özellikle NSTX ve onun soyundan gelen ve şu anda yükseltilmekte olan NSTX-U şeklindeki tokamaklarda birkaç olası kaideye yol açabileceğini buldu. Bu, füzyon atışı yapanlara örneğin dik veya sığ bir kaide arasında seçim yapma şansı verecektir.

Parisi, “İnsanlar bu kaide modellerini ortaya çıkardıklarında kaide genişliğini ve yüksekliğini tahmin etmeye çalışıyorlardı çünkü bu, üretilen füzyon gücü miktarını çok fazla değiştirebiliyor ve biz de bunun doğru olmasını istiyoruz” dedi. “Ancak modellerin şu anda oluşturulma şekli yalnızca plazma stabilitesini hesaba katıyor.”

Isıtma, yakıt doldurma ve kaideler

Isıtma ve yakıt ikmali diğer önemli faktörlerdir ve Parisi’nin üçüncü makale araştırıyor. Parisi özellikle belirli kaidelere baktı ve belirli bir plazma şekline ulaşmak için gereken ısıtma ve yakıt miktarını belirledi. Örneğin dik bir kaide, sığ bir kaideden çok daha fazla ısıtma gerektirir.

Makale ayrıca, bitişik parçacıkların farklı akış hızlarında hareket etmesiyle ortaya çıkan kesilmiş akışın kaide yüksekliğini ve genişliğini nasıl etkileyebileceğini de ele alıyor. NSTX’teki geçmiş deneyler, kabın iç kısmının bir kısmı lityum ile kaplandığında ve akış kesmesi güçlü olduğunda, kaidenin, lityum eklenmediği duruma göre üç ila dört kat daha geniş olduğunu buldu.

Parisi, “Kaidenin büyümeye devam etmesine izin verebilecek gibi görünüyor” dedi. “Eğer bir plazmaya sahip olabilseydiniz bunların hepsi kaideydi ve eğimler gerçekten dik olsaydı, gerçekten yüksek bir çekirdek basıncı ve gerçekten yüksek bir füzyon gücü elde ederdiniz.”

Kararlı, yüksek güçlü bir plazma elde etmeyle ilgili değişkenleri anlamak, araştırmacıları füzyon gücünü ticarileştirme nihai hedefine yaklaştırıyor.

“Bu üç makale, küresel tokamakların fiziğini ve nasıl yapıldığını anlamak için gerçekten önemlidir. Basınç bu yapı içinde organize olur ve burada kenarda keskin bir şekilde artar ve merkezde yüksek basıncı korur. NSTX-U araştırma direktör yardımcısı ve makalelerin ortak yazarı Jack Berkery, “Bu süreci anlamazsak, gelecekteki cihazlara güvenle projeksiyon yapamayız ve bu çalışma, bu güveni sağlamada uzun bir yol kat eder” dedi. .

Daha fazla bilgi:
JF Parisi ve arkadaşları, Küresel tokamak plazmalarında kinetik balonla sınırlı kaideler, 1997; Nükleer füzyon (2024). DOI: 10.1088/1741-4326/ad39fb

JF Parisi ve diğerleri, tokamak kaidelerinde şekillendirme ve en boy oranı boyunca kinetik-balonlaşma-çatallanma, Plazma Fiziği (2024). DOI: 10.1063/5.0190818

Jason Parisi ve diğerleri, Jirokinetik kritik kaidelerin stabilitesi ve taşınması, Nükleer füzyon (2024). DOI: 10.1088/1741-4326/ad4d02

Alıntı: Elma ve çörek: Tokamak’ın şekli plazmanın kenarının sınırlarını nasıl etkiler (2024, 28 Mayıs) 28 Mayıs 2024 tarihinde https://phys.org/news/2024-05-apple-donut-tokamak adresinden alındı -impacts-limits.html

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amacıyla yapılan her türlü adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir kısmı çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgilendirme amaçlı sağlanmıştır.



Kaynak