Onderzoekers van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) hebben een beter begrip gekregen van een veelbelovende methode voor het verbeteren van de opsluiting van superheet fusieplasma met behulp van magnetische velden. Verbeterde plasma-opsluiting zou het mogelijk kunnen maken om een ​​fusiereactor, een sferische tokamak genaamd, kleiner en goedkoper te bouwen. de wereld dichter bij het reproduceren op aarde brengen van de fusie-energie die de zon en de sterren aandrijft.

De verbeterde opsluiting wordt mogelijk gemaakt door de zogenaamde Enhanced Pedestal (EP) H-modus, een verscheidenheid van de hoge prestaties, of H-modus, plasmatoestand die al tientallen jaren wordt waargenomen in tokamaks over de hele wereld. Wanneer een fusieplasma in de H-modus komt, het vereist minder verwarming om de superhete temperaturen te bereiken die nodig zijn voor fusiereacties.

Het nieuwe begrip onthult enkele van de onderliggende mechanica van EP H-modus, een aandoening die onderzoekers meer dan tien jaar geleden ontdekten. Wetenschappers onder leiding van natuurkundigen van PPPL hebben nu ontdekt dat de EP H-modus de H-modus in sferische tokamaks verbetert door de dichtheid van de plasmarand te verlagen.

De verminderde dichtheid treedt op in EP H-modus wanneer kleine instabiliteiten in de plasmarand relatief koud worden uitgeworpen, laagenergetische deeltjes. Met minder koude deeltjes om tegen te botsen, de hetere deeltjes in het plasma zullen minder snel naar buiten lekken.

"Omdat de hogere energiedeeltjes in grotere hoeveelheden in het plasma blijven, ze verhogen de druk in het plasma, het voeden van de instabiliteiten die koudere deeltjes weggooien en het verder verlagen van de randdichtheid, " zei PPPL-natuurkundige Devon Battaglia, hoofdauteur van een paper waarin de resultaten worden gerapporteerd in Fysica van plasma's . "Uiteindelijk, de toevallige interactie zorgt ervoor dat het plasma heter blijft met dezelfde verwarming en weinig verandering in de gemiddelde plasmadichtheid."

Natuurkundigen willen de omstandigheden begrijpen waaronder de EP H-modus optreedt, zodat ze deze kunnen nabootsen in toekomstige fusiecentrales. "Als we het plasma met deze eigenschap op een stabiele manier zouden kunnen laten werken, het zou een extra route bieden om de omvang en vermogenswinst van toekomstige fusiereactoren te optimaliseren, " zei PPPL-natuurkundige Walter Guttenfelder, een van de onderzoekers die heeft bijgedragen aan de bevindingen.

Fusiereactoren combineren lichte elementen in de vorm van plasma - het hete, geladen toestand van materie bestaande uit vrije elektronen en atoomkernen - om grote hoeveelheden energie te genereren. Wetenschappers gebruiken fusiereactoren om het proces te ontwikkelen dat de zon en de sterren aandrijft voor een vrijwel onuitputtelijke stroomvoorziening om elektriciteit op te wekken.

Natuurkundigen Rajesh Maingi en David Gates ontdekten EP H-mode in 2009 tijdens het gebruik van PPPL's ​​National Spherical Torus Experiment (NSTX), de voorloper van de National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U). "Hun ontdekking was opwindend omdat het opgesloten plasma zich reorganiseerde en zijn warmte beter vasthield zonder een grote verandering in de hoeveelheid plasma, ' zei Battaglia.

"Het is alsof je een betere isolatie aan je huis toevoegt, "zei hij. "Hoe meer het plasma zijn warmte vasthoudt, hoe kleiner je het apparaat kunt maken, omdat je geen extra lagen plasma nodig hebt om de hete kern te isoleren." hij voegde toe, "door een sprong te maken in ons begrip van hoe EP H-mode tot stand komt, we kunnen meer vertrouwen hebben in het kunnen voorspellen of het gaat gebeuren. De volgende stap is om de nieuwe mogelijkheden van NSTX-U te gebruiken om aan te tonen dat we van dit proces kunnen profiteren in onze ontwerpen voor fusiereactoren."