De vlaggenschip-fusiefaciliteit van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) zou volgens recente simulaties en analyses kunnen dienen als model voor een economisch aantrekkelijke fusieproeffabriek van de volgende generatie. De proeffabriek zou de volgende stap in de VS kunnen worden voor het oogsten op aarde van de fusie-energie die de zon en de sterren aandrijft als een veilige en schone energiebron voor het opwekken van elektriciteit.

De Amerikaanse fusiegemeenschap heeft onlangs aangedrongen op een onmiddellijke inspanning om een ​​kosteneffectieve proeffabriek te ontwerpen en te bouwen om in de jaren 2040 elektriciteit op te wekken. Dankzij de unieke mogelijkheden van het vlaggenschip van de PPPL, de National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U), die momenteel wordt gerepareerd, is het ontwerp een kandidaat voor die rol. "Het gaat erom te proberen te voorspellen of deze route gunstig is voor een kosteneffectieve proeffabriek en daarbuiten", zegt hoofdfysicus Walter Guttenfelder, hoofdauteur van een artikel in het tijdschrift Nuclear Fusion dat geeft de laatste bevindingen weer.

Fusie produceert enorme energie door lichte elementen zoals waterstof te combineren in de vorm van plasma, de hete, geladen toestand van materie die bestaat uit vrije elektronen en atoomkernen, of ionen. Plasma vormt 99 procent van het zichtbare universum en voedt fusiereacties die warmte en licht produceren die leven op aarde creëren en in stand houden.

De bolvormige NSTX-U produceert hogedrukplasma's die nodig zijn voor fusiereacties in een relatief compacte en kosteneffectieve configuratie. De operationele mogelijkheden van de faciliteit zijn aanzienlijk verbeterd ten opzichte van zijn vooraf opgewaardeerde voorganger. "De primaire motivatie voor NSTX-U is om naar nog hogere vermogens te streven, hogere magnetische velden die plasma's met hoge temperatuur ondersteunen om te zien of eerder waargenomen gunstige trends zich voortzetten," zei Guttenfelder.

Recente theorie, analyse en modellering van het NSTX-U-onderzoeksteam voorspellen dat veel van deze trends moeten worden aangetoond in nieuwe NSTX-U-experimenten. De voorspelde bedrijfsomstandigheden voor de NSTX-U zijn onder meer:

plasma opstarten

Modellering is ontwikkeld om de plasma-initiatie en -stijging efficiënt te optimaliseren, en werd toegepast om een ​​bolvormige tokamak-faciliteit in het Verenigd Koninkrijk te helpen zijn eerste plasma te produceren.

De plasmarand begrijpen

Nieuwe modellen simuleren de dynamiek tussen de rand van het plasma en de tokamakwand die kan bepalen of de kern van het plasma de 150 miljoen graden zal bereiken die nodig zijn om fusiereacties te veroorzaken.

Artificiële intelligentie toepassen

AI machine learning heeft een snel pad ontwikkeld voor het optimaliseren en controleren van plasmacondities die nauw overeenkomen met de voorspelde testdoelen.

Nieuwe technieken

Simulaties suggereren veel nieuwe technieken voor het afschermen van interne NSTX-U-componenten tegen ontploffing van uitlaatwarmte van fusiereacties. Een van deze concepten is het gebruik van verdampt lithium om de impact van warmteflux te verminderen.

Stabiele prestatie

Studies hebben aangetoond dat een venster voor NSTX-U-prestaties stabiel kan blijven bij instabiliteiten die de werking kunnen verslechteren.

Wat te vermijden

Een beter begrip van de te vermijden omstandigheden komt voort uit een uitstekende overeenkomst tussen het voorspelde bereik van onstabiele plasma's en een grote experimentele database.

Er is daarom aanzienlijke vooruitgang geboekt bij het begrijpen en projecteren van hoe NSTX-U de ontwikkeling van fusie-energie, de Kernfusie, kan bevorderen. papier zegt. "De volgende stap", zei Guttenfelder, "is om te zien of nieuwe experimenten valideren wat we voorspellen, en om de voorspellingen te verfijnen als dat niet het geval is. Deze stappen samen zullen meer betrouwbare projecties voor toekomstige apparaten mogelijk maken." + Verder verkennen

Een nieuwe wending nemen om vervelende golven in fusieplasma's te beheersen