Wetenschappers hebben een opmerkelijk eenvoudige manier ontdekt om een ​​veelvoorkomende instabiliteit te onderdrukken die fusiereacties kan stoppen en de wanden van reactoren kan beschadigen die zijn gebouwd om een ​​"ster in een pot" te creëren. De bevindingen, gepubliceerd in juni in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven , voortkomen uit experimenten die zijn uitgevoerd op de National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U), aan het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Department of Energy.

De onderdrukte instabiliteit wordt een globale Alfvén eigenmode (GAE) genoemd - een veelvoorkomende golfachtige storing die ervoor kan zorgen dat fusiereacties uitsterven. Onderdrukking werd bereikt met een tweede neutrale straalinjector die onlangs is geïnstalleerd als onderdeel van de NSTX-U-upgrade. Slechts een kleine hoeveelheid hoogenergetische deeltjes van deze tweede injector was in staat om de GAE's uit te schakelen.

Verwant aan een slang of draak

Dergelijke instabiliteiten zijn verwant aan een slang of draak die zijn eigen staart inslikt. GAE's aanzetten zijn dezelfde neutrale bundeldeeltjes die het plasma verwarmen, die worden geïoniseerd in elektronen en ionen, of atoomkernen, binnen het gas. Eenmaal geactiveerd door deze snelle ionen, de GAE's kunnen opstaan ​​en ze verdrijven, het plasma afkoelen en fusiereacties stoppen.

Het onderdrukken van deze opwinding waren stralen van de tweede injector, die met een hogere pitch-hoek door het plasma stromen, in een richting ongeveer evenwijdig aan het magnetische veld dat het hete gas opsluit. Natuurkundigen noemen dergelijke stralen "buitenboord" om ze te onderscheiden van de "binnenboord" stralen die de originele NSTX-U-injector produceert, die meer loodrecht door het plasma en het magnetische veld stromen.

Injectie van de buitenboordstraal onderdrukt GAE's in milliseconden. Snelle ionen van de bundel gecombineerd met die van de binnenste bundel om de dichtheid van de ionen te verhogen en hun verdeling in het plasma te veranderen. De plotselinge verandering verminderde de helling, of helling, van de ionendichtheid, zonder welke GAE's niet in staat waren zich te vormen en door het plasma te rimpelen.

Goed nieuws voor de ontwikkeling van kernfusie

Deze opmerkelijke resultaten waren goed nieuws voor de ontwikkeling van kernfusie. "Normaal gesproken, wanneer je energetische deeltjes injecteert, je drijft instabiliteiten op, " zei Jonathan Menard, hoofd onderzoek naar NSTX-U. "Het feit dat de tweede neutrale straal ze kon uitschakelen door de snelle ionenverdeling te variëren met een kleine hoeveelheid deeltjes, geeft ons onderzoek flexibiliteit en is een welkome ontdekking."

Het resultaat gevalideerde voorspellingen van een computercode genaamd "HYM, " ontwikkeld door PPPL-natuurkundige Elena Belova, en nuttig zou kunnen zijn voor ITER, de internationale fusie-installatie in aanbouw in Frankrijk om het vermogen aan te tonen om een ​​brandend plasma op te sluiten en 10 keer meer energie te produceren dan het verbruikt.

"Dit onderzoek toont de onderdrukking van GAE's aan met slechts een kleine populatie van energetische deeltjes, " zei natuurkundige Eric Fredrickson, hoofdauteur van het tijdschriftartikel. "Het geeft vertrouwen dat door deze code te gebruiken, redelijke voorspellingen van GAE-stabiliteit kunnen worden gemaakt voor ITER."