Исследователи использовали альфвеновские волны для подавления убегающих электронов в термоядерных устройствах токамаков, что имеет большое значение для будущих проектов термоядерной энергетики, включая ИТЭР во Франции.
Ученые во главе с Чанг Лю из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) представили многообещающий подход к смягчению разрушительных последствий убегающих электронов, создаваемых сбоями в термоядерных устройствах токамаков. Ключом к этому подходу было использование уникального типа плазменных волн, носящего имя астрофизика Ханнеса Альфвена, лауреата Нобелевской премии 1970 года.
Давно известно, что альфвеновские волны ослабляют удержание высокоэнергетических частиц в реакторах токамака, позволяя некоторым из них ускользнуть и снижая эффективность устройств в форме пончика. Однако новые открытия Чанг Лю и исследователей из General Atomics, Колумбийского университета и PPPL позволили обнаружить полезные результаты в случае убегающих электронов.
Замечательный круговой процесс
Ученые обнаружили, что такое ослабление может рассеивать или рассеивать высокоэнергетические электроны, прежде чем они смогут превратиться в лавины, повреждающие компоненты токамака. Было установлено, что этот процесс носит удивительно циклический характер: бегство создает нестабильность, которая порождает альфвеновские волны, которые удерживают лавину от формирования.
«Эти открытия дают исчерпывающее объяснение непосредственному наблюдению альфвеновских волн в экспериментах по разрушению», — сказал Лю, штатный научный сотрудник PPPL и ведущий автор статьи, в которой подробно описаны результаты в Physical Review Letters. «Результаты устанавливают четкую связь между этими режимами и генерацией убегающих электронов».
Исследователи вывели теорию удивительной цикличности этих взаимодействий. Результаты хорошо согласуются с результатами экспериментов на Национальной термоядерной установке DIII-D, токамаке Министерства энергетики, который General Atomics эксплуатирует для Управления науки. Тесты теории также дали положительные результаты на суперкомпьютере Summit в Национальной лаборатории Ок-Ридж.
«Работа Чанг Лю показывает, что размер популяции убегающих электронов может контролироваться нестабильностью, вызванной самими убегающими электронами», — сказал Феликс Парра Диас, руководитель теоретического отдела PPPL. «Его исследование очень интересно, потому что оно может привести к созданию токамаков, которые естественным образом уменьшат повреждение от убегающих электронов за счет внутренней нестабильности».
Термические закалки
Нарушения начинаются с резкого падения температуры в миллион градусов, необходимой для реакций термоядерного синтеза. Эти капли, называемые «термическими закалками», выпускают лавины, похожие на оползни, вызванные землетрясениями. «Контроль сбоев является первостепенной задачей на пути к успеху токамаков», — сказал Лю.
Реакции термоядерного синтеза объединяют легкие элементы в форме плазмы — горячего, заряженного состояния материи, состоящей из свободных электронов и атомных ядер, называемых ионами, — чтобы высвободить огромную энергию, которая питает Солнце и звезды. Таким образом, снижение риска сбоев и убегающих электронов обеспечит исключительную выгоду для токамаков, предназначенных для воспроизведения этого процесса.
Таким образом, снижение риска сбоев и убегающих электронов обеспечит исключительную выгоду для токамаков, предназначенных для воспроизведения этого процесса.
Новый подход может иметь значение для развития ИТЭР, международного токамака, строящегося во Франции, чтобы продемонстрировать практичность термоядерной энергии, и может стать ключевым шагом в развитии термоядерных электростанций.
«Наши результаты закладывают основу для создания новых стратегий борьбы с убегающими электронами», — сказал Лю. Сейчас на стадии планирования находятся экспериментальные кампании, в которых все три исследовательских центра стремятся продолжить разработку поразительных результатов.
No comments:
Post a Comment