2019-07-11 09:01:01
测量下一代磁融合设备稳定性的新方法

科学家们试图将为太阳和恒星提供能量的聚变物带到地球,必须控制热的带电等离子体 - 由自由漂浮的电子和原子核组成的物质状态,或者是促进聚变反应的离子。对于将等离子体限制在磁场中的科学家来说,一项关键任务需要绘制场的形状,这一过程称为测量等离子体的平衡或稳定性。在美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL),研究人员提出了一种新的测量技术,以避免在大型和强大的未来托卡马克或磁性聚变装置上绘制场地时所预期的问题。

中子轰击

这种托卡马克,包括在法国正在建设的大型国际试验ITER,将产生中子轰击,这可能会破坏现在用于绘制当前设施中的田地的内部诊断。因此,PPPL建议使用可在高中子环境中运行的替代诊断系统。

该系统是一种称为“电子回旋加速器发射(ECE)”的等离子体诊断,用于测量在场线周围循环的电子的温度。 “通过使用ECE系统,我们可以了解等离子体温度和等离子体的波动,”安德鲁“橡树”尼尔森说,他是PPPL等离子体物理学的研究生,也是等离子体物理和受控融合论文的第一作者。这个调查。 “这种提议的方法可以发展成独立的地图绘制工具,也可以与现有工具一起使用。”

该方法将ECE数据与用于测量等离子体边界的快速摄像机图像相结合。该报告称,这种组合提供了“可在高中子环境中稳健设计的诊断”。该过程如下:

研究人员观察了循环电子发出的辐射;

辐射提供关于在等离子体中生长的温度和模式或不稳定性的数据;

该数据允许测量“q-轮廓” - 磁场的螺旋性或螺旋形;

螺旋度的测量使托卡马克操作员能够绘制和控制等离子体的平衡。

扭转一个过程

研究人员在升级之前在PPPL上对国家球形环面实验(NSTX)的模拟放电进行了测试,这种技术逆转了通常用于聚变研究的过程。 “人们通常从均衡中得到q-轮廓,”尼尔森说,“但我们的论文表明,你也可以通过了解q轮廓来获得平衡。”

与尼尔森密切合作的是他的顾问,PPPL物理学家Egemen Kolemen,普林斯顿大学机械与航空航天工程系的助理教授。 “橡树是一个非常有才华的学生,”科勒门说。 “他开发的方法允许仅使用单一诊断ECE来构建聚变等离子体的状态。这对包括ITER在内的许多托卡马克来说非常有用,因为结合许多不同的诊断方法存在问题并且容易出错。”

研究人员现在计划在各种等离子体放电测试ECE技术。经过验证和完全开发的技术可以为ITER和下一代托卡马克中关键磁场的映射提供有价值的系统。

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