新見解可以幫助控制聚變等離子體中的快速離子

為了創(chuàng)建一個實用的聚變能反應堆，研究人員需要控制被稱為快速離子的粒子。這些帶電荷的氫原子的快速離子在與其他離子碰撞時提供了反應器的大部分自熱能力。但是它們也可以迅速逃脫用于限制它們的強大磁場，并使安全殼壁過熱，從而造成損壞。

DIII-D國家核聚變設施的一個團隊最近采用了另一種方法來研究這些難以測量的粒子。這項研究顯示出令人鼓舞的結果，這些結果不僅使人們對粒子本身的物理現(xiàn)象有了深刻的了解，而且還可能導致監(jiān)測和管理未來反應堆中快離子含量的可靠新方法。

DIII-D研究人員Kathreen Thome說：“面對聚變能中的這類挑戰(zhàn)，這確實是一個激動人心的時刻。” “全球聚變社區(qū)正在加快能源輸出的步伐，而我們對這些問題所產生的每一個額外的見解使我們更接近那個目的地。”

測量快速離子所面臨的部分研究挑戰(zhàn)在于托卡馬克(一種聚變反應堆)中心的惡劣環(huán)境。當今的研究托卡馬克中使用的精致傳感器只會在未來的聚變反應堆中被破壞，而聚變反應堆的功率將更高。DIII-D小組使用堅固的磁傳感器和高性能計算來捕獲和解釋由這些快速粒子在設備磁場中產生的小擺動。這種磁場波動(圖1)提供了有關快速離子的特性和行為以及它們如何與等離子體波相互作用的信息。

聚變界的下一步將是使用生成的數(shù)據(jù)來擴展計算機模型的功能，該計算機模型基于這些擺動來解釋快速離子的行為。一旦使模型更有效，就可以在未來的大功率反應堆中將其與堅固的磁傳感器結合使用，以實時控制影響快速離子的條件。如果可以建立該反饋回路，則不僅可以防止快速離子損壞托卡馬克壁，還可以將其用于更有效地加熱等離子體。