Fusie biedt het potentieel van bijna onbeperkte energie door een gas dat vastzit in een magnetisch veld te verhitten tot ongelooflijk hoge temperaturen waar atomen zo energiek zijn dat ze samensmelten wanneer ze botsen. Maar als dat hete gas, een plasma genoemd, breekt los van het magnetische veld, het moet veilig terug op zijn plaats worden gezet om beschadiging van het fusie-apparaat te voorkomen - dit probleem was een van de grote uitdagingen van magnetisch opgesloten fusie.

Tijdens deze zogenaamde verstoringen, de snelle afgifte van de energie in het plasma kan het fusieapparaat beschadigen:intense hitte kan de wanden doen verdampen of smelten, grote elektrische stromen kunnen schadelijke krachten opwekken, en hoogenergetische "op hol geslagen" elektronenstralen kunnen intense plaatselijke schade veroorzaken.

Om verstoringen minder storend te maken, wordt materiaal in het plasma geïnjecteerd dat de plasma-energie gelijkmatig wegstraalt. Een uitdaging is dat het materiaal moeite heeft om het midden van het plasma te bereiken voordat er een verstoring optreedt. Onderzoekers hopen dat het verkrijgen van materiaal in het midden kan zorgen voor "binnenstebuiten" koeling van het plasma, het voorkomen van de verstoring en de productie van weggelopen elektronen.

Onderzoekers van de DIII-D National Fusion Facility hebben een revolutionaire nieuwe techniek gedemonstreerd om deze "inside-out" koeling te bereiken voordat er een verstoring optreedt. Een dunwandige, met diamanten omhulde korrel draagt ​​een lading boorstof diep in het plasma (Figuur 1). De experimenten tonen aan dat granaatpellets die met een snelheid van ongeveer 450 mijl per uur in de kern worden geschoten, boorstof diep in het plasma kunnen afzetten waar het het meest effectief is. De diamantschillen vallen geleidelijk uiteen in het plasma voordat het stof in de buurt van het midden van het plasma vrijkomt.

De nieuwe benadering verandert de vooruitzichten voor fusie-energie door mogelijk drie grote problemen op te lossen:het efficiënt wegstralen van de warmte van het plasma, het verminderen van krachten door het plasma op het fusieapparaat, en het voorkomen van de vorming van energetische elektronenstralen.

Als wetenschappelijk directeur van DIII-D, Richard Boter, opmerkingen, "Shell-pellets bieden het potentieel om alle drie de facetten van de uitdaging aan te gaan, het elimineren van het risico op schade aan het apparaat."

Toekomstig werk is gericht op het creëren van meer geavanceerde schaalontwerpen die grotere nuttige lasten kunnen dragen en plasma's van reactorklasse kunnen binnendringen.

Een andere techniek die bij DIII-D wordt onderzocht, staat bekend als injectie met verbrijzelde pellets. Bij deze benadering vaste bevroren pellets gemaakt van een zware isotoop van waterstof en neon of argon worden met hoge snelheid naar het plasma afgevuurd. Ze vallen uiteen in kleine fragmenten voordat ze de rand van het plasma raken. Onderzoekers voerden experimenten uit en extrapoleerden de resultaten naar het grote fusie-apparaat, ITER, in Frankrijk wordt ontwikkeld. Ze geloven dat deze techniek effectief zal zijn in ITER.

"De beste manier om verstoringen betrouwbaar te voorkomen blijft een open vraag, " zei onderzoeker Nick Eidietis, die werkt aan het DIII-D-fusie-apparaat in San Diego en zijn onderzoek zal presenteren op de bijeenkomst van de American Physical Society Division of Plasma Physics in Portland, Oregon. "Maar we boeken aanzienlijke vooruitgang bij het ontwikkelen van het begrip en de technieken die nodig zijn om fusie-energie te bereiken. Als deze nieuwe shell-techniek zijn aanvankelijke belofte waarmaakt, het zal de vooruitzichten voor een betrouwbare werking van een fusiecentrale veranderen."