Donutvormige tokamaks - faciliteiten die zijn ontworpen om de fusie-energie te reproduceren die de zon en de sterren op aarde aandrijft - moeten bestand zijn tegen krachten die sterker kunnen zijn dan orkanen die worden veroorzaakt door verstoringen in het plasma die fusiereacties voeden. Recente bevindingen van natuurkundigen van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) laten zien dat bepaalde krachten die vrijkomen bij verstoringen op een verrassende manier werken. De resultaten kunnen ontwerpers van grote toekomstige faciliteiten zoals ITER, de internationale tokamak in aanbouw in Frankrijk, om krachten die de faciliteit ernstig zouden kunnen beschadigen, beter in bedwang te houden.

twee krachten

Deze krachten veroorzaakt door verstoringen die "verticale verplaatsingsgebeurtenissen" (VDE's) worden genoemd, zijn "wervelstromen" die binnen de binnenmuren van een tokamak wervelen en "halo"-stromen die de muren binnenkomen en verlaten. Maar hoe sterk de halostromen ook worden, de totale krachten die tegen de muren slaan, worden niet krachtiger. Resultaten van ultramoderne PPPL-simulaties, met behulp van PPPL's ​​vlaggenschip M3D-C1 code, laten zien dat elke toename van de halostroom onverwacht wordt gecompenseerd door een afname van de wervelstroom - net zoals verliezen de winsten op een bankrekening compenseren alsof het een nulsomspel is.

"Wat we ontdekten was dat het veranderen van de halostroom geen invloed heeft op de totale verticale kracht, zei César Clauser, een PPPL-postdoctoraal fellow die het onderzoek leidde dat werd gerapporteerd in Kernfusie . "Dit was een verrassend en interessant resultaat."

Fusion combineert lichte elementen in de vorm van plasma, de hete, geladen toestand van materie bestaande uit vrije elektronen en atoomkernen. Natuurkundigen proberen kernfusie op aarde vast te leggen en te beheersen om een ​​veilige, schone en vrijwel onbeperkte krachtbron voor het opwekken van elektriciteit.

PPPL-onderzoekers wilden hun geavanceerde model vergelijken met de bevindingen van de vereenvoudigde modellen die ITER gebruikt om verstorende krachten te berekenen. "Een implicatie die we uit onze studie kunnen trekken, is dat het meten van de halostroom een ​​indicatie kan zijn voor de totale krachten, " zei PPPL-natuurkundige Nate Ferraro, een co-auteur van het artikel met PPPL-natuurkundige Stephen Jardin. "Dit zou kunnen leiden tot een vollediger begrip."

Geavanceerde PPPL-code

De geavanceerde PPPL-code M3D-C1 onthulde de nauwe relatie tussen de wervel- en halostroomkrachten in ITER-plasma's en toonde aan dat het veranderen van de halostroom geen invloed had op de totale verticale krachten. "De simulaties hadden betrekking op een breed scala aan halo-stroomgevallen, omdat we wilden zoeken naar het worstcasescenario, ' zei Klaaser.

De tweedimensionale simulaties analyseerden de totale kracht die door de twee stromen wordt geproduceerd, maar niet de verdeling van krachten binnen ITER-muren. Toekomstige driedimensionale studies zullen de distributie modelleren om paden te zoeken voor halostromen die wervelstromen mogelijk niet compenseren.