Onderzoekers van de DIII-D National Fusion Facility in San Diego hebben een nieuwe benadering gedemonstreerd voor het injecteren van microgolven in een fusieplasma die de efficiëntie verdubbelt van een kritieke techniek die grote gevolgen zou kunnen hebben voor toekomstige fusiereactoren. De resultaten laten zien dat het lanceren van microgolven in het plasma via een nieuwe geometrie substantiële verbeteringen in de plasmastroomaandrijving oplevert.

Dr. Xi Chen zal de bevindingen van het team deze week presenteren op de jaarlijkse bijeenkomst van de APS Division of Plasma Physics.

Voor het bouwen van economische fusiereactoren in de toekomst is het nodig om elektrische stroom efficiënt aan te sturen in specifieke delen van het plasma - een techniek die bekend staat als off-axis current drive. Elektrische stroom verbetert de stabiliteit van het magnetisch ingesloten plasma in donutvormige fusiereactoren die bekend staan ​​als tokamaks. De stroom zorgt ervoor dat het plasma samenhangend blijft als het wordt verwarmd tot meer dan 150 miljoen graden, waar waterstofatomen beginnen te fuseren en grote hoeveelheden energie vrijgeven. Een van de technieken om stroom aan te drijven, bekend als Electron-Cyclotron Current Drive (ECCD), gebruikt extreem krachtige microgolven om elektronen in het plasma te verwarmen. Hoe efficiënter de microgolven interageren met de energetische elektronen, hoe groter de stroomaandrijving in het plasma.

De ECCD-microgolven werden traditioneel geïnjecteerd vanaf de buitenste curve van de tokamak naar het hart van het plasma. Recente computermodellering bij DIII-D, echter, de voorspelde efficiëntie kan aanzienlijk worden verbeterd door het injectiepunt naar de bovenkant van de tokamak te verplaatsen en het voorzichtig naar precieze punten weg van het midden te leiden (Figuur 1). Op basis van die modellering Dr. Chen leidde een team dat een nieuw systeem ontwierp en installeerde waarmee de microgolven van bovenaf kunnen worden geïnjecteerd. Deze nieuwe top-launch-configuratie lijnt het traject van de microgolf uit met het magnetische veld en de energieverdeling van het plasma, zodat de microgolven selectief interageren met alleen de meest energetische elektronen, verdubbeling van de huidige efficiëntie van de aandrijving.

De experimentele resultaten waren verrassend in hoe dicht ze overeenkwamen met de winst die door de computermodellen werd voorspeld (Figuur 2).

"Ik had hoge verwachtingen dat we verbeteringen zouden zien op basis van de modellering, maar waren verbaasd over hoe duidelijk en snel we de efficiëntie verdubbelden in de echte metingen, " zei Dr. Chen. "We zijn erg enthousiast om deze resultaten te zien en we denken dat dit zeer significant kan blijken te zijn." Deze resultaten bieden experimentele validatie van de ECCD-aanpak die het beste is gelanceerd en kunnen een belangrijke overweging zijn bij de planning voor toekomstige tokamaks .