Het benutten van de kracht die de zon en de sterren doet schijnen, kan gemakkelijker worden gemaakt door krachtige magneten met rechtere vormen dan voorheen. Onderzoekers verbonden aan het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) hebben een manier gevonden om dergelijke magneten te maken voor fusiefaciliteiten die bekend staan ​​​​als stellarators.

Dergelijke faciliteiten hebben complexe gedraaide magnetische spoelen, vergeleken met de rechte op-en-neerspoelen in meer algemeen gebruikte tokamak-faciliteiten, en kunnen fusiereacties produceren zonder het risico van verstoringen waarmee tokamaks worden geconfronteerd. Dit voordeel maakt stellarators een kandidaat om als model te dienen voor een proeffabriek voor kernfusie van de volgende generatie.

Door secties aan de stellaratorspoelen toe te voegen die relatief recht zijn, kunnen onderzoekers zowel de productiekosten verlagen als het gemakkelijker maken om openingen te installeren waarmee technici het interieur van het apparaat kunnen repareren. Beide innovaties kunnen helpen bij de ontwikkeling van een stellaratorcentrale, waarbij fusie op aarde wordt nagebootst voor een vrijwel onuitputtelijke stroomvoorziening om elektriciteit op te wekken zonder broeikasgassen of langlevend radioactief afval te produceren.

"In de toekomst zullen mensen componenten in stellarators moeten vervangen als ze verslijten, wat grote openingen tussen de spoelen van de magneten vereist", zegt natuurkundige Caoxiang Zhu, een auteur van het artikel dat de resultaten rapporteert in Nuclear Fusion die het onderzoek voltooide toen hij in dienst was bij PPPL. Hij is nu verbonden aan de Universiteit van Wetenschap en Technologie van China. "Maar het is moeilijk om grote openingen in stellarators te hebben omdat de elektromagnetische spoelen zigzaggen en zagen en erg complex zijn." Maar door een wiskundige techniek te gebruiken die bekend staat als 'spline-representatie', konden Zhu en de andere medewerkers magneten ontwerpen met rechtere secties dan voorheen, terwijl ze nog steeds magnetische velden creëerden die plasma kunnen opsluiten. Die rechte secties zouden goede locaties voor vensters kunnen bieden.

Uitgevonden door astrofysicus Lyman Spitzer, de eerste directeur van PPPL, zijn stellarators concepten voor fusiefaciliteiten die krachtige magneten gebruiken om verwevende magnetische velden te creëren die plasma, heet gas bestaande uit elektronen en kale atoomkernen opsluiten. Stellarators hebben voordelen ten opzichte van tokamaks, donutvormige apparaten die momenteel wereldwijd het meest populaire concept voor fusiefaciliteiten zijn, maar hun fantastisch gecompliceerde magneten hebben het ontwerp en de constructie uitdagend gemaakt.

Zhu en de onderzoekers hebben de spline-mogelijkheid toegevoegd aan de FOCUS-computercode van Zhu. Om het concept te testen, ontwierp het team magneten die passen op het Helically Symmetric eXperiment (HSX), een stellarator aan de Universiteit van Wisconsin-Madison.

De bijgewerkte code toonde aan dat onderzoekers rechtere magneten konden maken dan voorheen met behoud van hun kracht en nauwkeurigheid. "In principe kun je altijd rechtere spoelen maken, maar de wisselwerking is dat hun magnetische velden het plasma misschien niet zo goed opsluiten als die geproduceerd door meer kronkelige spoelen", zegt Nicola Lonigro, een student in de Science Undergraduate Laboratory Internship van de DOE ( SULI) programma ten tijde van het onderzoek, hoofdauteur van het artikel, en nu een Ph.D. kandidaat aan de Universiteit van York in Groot-Brittannië. "Maar ons onderzoek toonde aan dat je een eenvoudigere spoel kunt maken met rechtere secties die dezelfde magnetische veldvorm en sterkte geven als conventionele."

Het maken van eenvoudigere magneten zou de ontwikkeling van een stellarator-fusiecentrale kunnen helpen. "Op de lange termijn is dit werk een bijdrage aan de grotere inspanning om stellarators commercieel levensvatbaar te maken," zei Lonigro. + Verder verkennen

Doorbraak brengt apparaat voor fusie-energie dichter bij realisatie