Forscher entdecken potenzielle neue Methode zur Kontrolle der Plasmadichte in Fusionsreaktoren

In der Fusionsforschung ist die Kontrolle der Plasmadichte, -temperatur und -erwärmung von entscheidender Bedeutung, um die Reaktorleistung zu verbessern. Ein wirksamer Einschluss von Plasmapartikeln und Wärme, insbesondere die Aufrechterhaltung einer hohen Dichte und Temperatur im Kern, in dem die Fusion stattfindet, ist von entscheidender Bedeutung.

Beim Large Helical Device (LHD) bestehen weiterhin Herausforderungen, da das Elektronendichteprofil im Zentrum häufig flach oder sogar abgesenkt bleibt, was die Bemühungen zur Aufrechterhaltung einer hohen zentralen Dichte erschwert.

Der LHD ist mit fünf Neutralstrahl-Injektoren (NB) zur Plasmaheizung ausgestattet. Die Injektoren NB#1 bis NB#3 liefern Strahlen tangential zum Magnetfeld, während NB#4 und NB#5 Strahlen senkrecht injizieren. Trotz Schwankungen im Leistungsverhältnis zwischen tangentialer und senkrechter Injektion blieb das Ionentemperaturprofil unverändert.

Durch Anpassungen des tangentialen zu senkrechten Energieverhältnisses der Ionen ändert sich die Geschwindigkeitsverteilung von isotrop zu anisotrop. Die Forscher untersuchten, wie das Dichteprofil vom Zustand dieser energiereichen Ionen abhängt, indem sie das Verhältnis der in den senkrechten und parallelen Komponenten gespeicherten Energien analysierten, die mit En bezeichnet werden._⊥/Fr_|| von der Strahlleistung, die von NB#1 bis NB#5 eingespeist wird.

Änderung der Anisotropie in einem Bereich von En_⊥/Fr_|| = 0,3 bis 0,8, zeigte, dass In_⊥/Fr_|| < 0,4 führt zu einem flachen Elektronendichteprofil, während En_⊥/Fr_|| >0,4 führten zu zentral Peak-Elektronendichteprofilen.

Anschließend wurde das Dichteprofil von Kohlenstoffionen untersucht, indem Kohlenstoff von außen injiziert und das Verhalten der Ionen beobachtet wurde. Die Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht Plasmaphysik.

Das Profil war innerhalb des konventionellen experimentellen Bereichs von En zentral abgesenkt_⊥/Fr_|| < 0,4, aber Spitzenwerte liegen im neuen experimentellen Bereich, in dem En_⊥/Fr_|| > 0,4.

Diese Ergebnisse legen nahe, dass sich die Eintritts-/Austrittsraten des Plasmas bei Anwesenheit energiereicher Ionen spontan ändern. Weitere Untersuchungen zur Wirkung energiereicher Ionen wurden mittels Simulationsrechnungen durchgeführt.

Zunächst analysierten die Forscher das elektrische Feld in radialer Richtung am Plasmakern, das -5 kV/m simulierte, was mit den Messungen der Schwerionenstrahlsonde (HIBP) übereinstimmt. Obwohl es unwahrscheinlich ist, dass ein elektrisches Feld dieser Intensität den Partikelfluss wesentlich beeinflussen würde, wurde eine weitere Analyse des Partikeleintritts und -austritts aufgrund von Turbulenzen durchgeführt. Die Ergebnisse legen nahe, dass Turbulenzen sowohl Spitzen- als auch Flachdichteprofile beeinflussen können.

Bedeutung von Forschungsergebnissen und zukünftigen Entwicklungen

Dieser Befund zeigt, dass die Richtung und das Volumen der Partikelzuflüsse und -abflüsse im Einschlussbereich des Fusionsplasmas effektiv reguliert werden können, indem die anisotrope Natur der energiereichen Ionen genutzt wird, wodurch das Plasma in einem optimalen Zustand gehalten wird.

Nach Ansicht der Forscher muss der neue physikalische Mechanismus, der diesem Phänomen zugrunde liegt, geklärt werden. Die Forscher sagen, dass sie ihre Forschung weiterentwickeln werden, um zu einer besseren Leistung von Fusionsreaktorplasmen beizutragen, die Größe von Fusionsreaktoren zu reduzieren, die Energieproduktion zu verbessern und die Bedingungen der Fusionsplasmaverbrennung zu kontrollieren.