ค้นพบ: สนามแม่เหล็กที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการระงับความไม่มั่นคงในโทคาแม็กซ์

Anonim

ฟิวชั่นพลังขับเคลื่อนดวงอาทิตย์และดวงดาวทำให้เกิดพลังงานจำนวนมหาศาล นักวิทยาศาสตร์ที่อยู่บนโลกนี้พยายามที่จะทำซ้ำขั้นตอนนี้ซึ่งรวมองค์ประกอบของแสงไว้ในรูปของพลาสมาที่มีประจุไฟฟ้าร้อนซึ่งประกอบไปด้วยอิเล็กตรอนอิสระและนิวเคลียสของอะตอมเพื่อสร้างแหล่งพลังงานที่ไม่มีวันหมดสิ้นในการผลิตกระแสไฟฟ้าในสิ่งที่เรียกว่าดาวฤกษ์ โถ "

ปริศนาที่ต้องใช้เวลานานในการจับภาพพลังของฟิวชั่นบนโลกคือวิธีการลดหรือขจัดความไม่แน่นอนที่เกิดขึ้นในพลาสมาที่เรียกว่าโหมดการบีบอัดแบบเอลิเมนต์ เช่นเดียวกับที่ดวงอาทิตย์ปลดปล่อยพลังอันมหาศาลออกมาในรูปของเปลวสุริยะดังนั้นการระเบิดของ ELM ที่ลุกเป็นไฟสามารถปะติดปะต่อเข้าไปในผนังของรูปตะเกียงรูปโดนัทที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชันซึ่งอาจสร้างความเสียหายกับผนังของเครื่องปฏิกรณ์ได้

Ripples ควบคุมการระเบิดใหม่ ๆ

เพื่อควบคุมการระเบิดเหล่านี้นักวิทยาศาสตร์รบกวนคลื่นพลาสม่าด้วยคลื่นแม่เหล็กขนาดเล็กที่เรียกว่า RMPs ที่ทำให้เกิดการบิดเบือนรูปทรงโดนัทของพลาสมาที่ปล่อยออกมาซึ่งจะช่วยลดหรือป้องกันไม่ให้ ELM เกิดขึ้น ส่วนที่ยากคือการผลิตเพียงจำนวนเงินที่เหมาะสมของการบิดเบือน 3 มิตินี้เพื่อขจัด ELM โดยไม่ทำให้เกิดความไม่เสถียรอื่น ๆ และปล่อยพลังงานมากเกินไปซึ่งในกรณีที่เลวร้ายที่สุดอาจเป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้พลาสมาหยุดชะงักได้

ทำให้งานยากเป็นพิเศษคือความจริงที่ว่าจำนวนบิดเบือนของการบิดเบือนจากสนามแม่เหล็กสามารถนำมาประยุกต์ใช้กับพลาสม่าได้ทำให้การหารูปแบบการบิดเบือนที่ถูกต้องเป็นความท้าทายที่ไม่ธรรมดา แต่ไม่นาน

นักฟิสิกส์ Jong-Kyu Park จากห้องทดลองฟิสิกส์พรินซ์ตันพรินซ์ตัน (Princeton Plasma Physics Laboratory หรือ US Department of Energy) ซึ่งทำงานร่วมกับทีมงานของสหรัฐอเมริกาและสถาบันวิจัยฟิวชันแห่งชาติ (NFRI) ในประเทศเกาหลีได้ทำนายทั้งชุดเรียบร้อยแล้ว ของการบิดเบือน 3 มิติที่เป็นประโยชน์ในการควบคุม ELM โดยไม่ก่อให้เกิดปัญหามากขึ้น นักวิจัยได้ตรวจสอบการคาดการณ์ดังกล่าวในโรงงาน KSTAR ซึ่งเป็นหนึ่งใน บริษัท ผลิตสารตะกั่วที่ทันสมัยที่สุดในโลกตั้งอยู่ที่เมืองแดจอนประเทศเกาหลีใต้

KSTAR เหมาะสำหรับการทดสอบ

KSTAR เหมาะสำหรับการทดสอบการคาดการณ์เนื่องจากมีการควบคุมแม่เหล็กขั้นสูงเพื่อสร้างการบิดเบือนที่แม่นยำในรูปสมมุติรูปโดนัทที่ใกล้สมบูรณ์แบบของพลาสม่า การระบุการบิดเบือนที่เป็นประโยชน์มากที่สุดซึ่งน้อยกว่าร้อยละหนึ่งของความบิดเบือนที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่อาจเกิดขึ้นภายใน KSTAR จะเป็นไปไม่ได้เลยหากไม่มีรูปแบบการทำนายที่ทีมวิจัยพัฒนาขึ้น

ผลที่ได้คือผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนก่อนหน้านี้ "เราแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกที่หน้าต่างปฏิบัติการแบบ 3 มิติเต็มรูปแบบในรูปแบบ tokamak เพื่อยับยั้ง ELMs โดยไม่ต้องขยับขาดความไม่เสถียรหลักหรือการ จำกัด การข่มเหงอย่างมากเกินไป" Park กล่าวซึ่งเขียนขึ้นโดยหนังสือพิมพ์ร่วมกับผู้ร่วมแสดง 14 คนจากสหรัฐฯและเกาหลีใต้ - ถูกตีพิมพ์ใน ฟิสิกส์ธรรมชาติ "เป็นเวลานานเราคิดว่ามันยากมากที่จะคำนวณเขตข้อมูลสมมาตรที่เป็นประโยชน์มากเกินไป แต่งานของเราตอนนี้แสดงให้เห็นถึงขั้นตอนง่ายๆในการระบุชุดของการกำหนดค่าดังกล่าวทั้งหมด"

นักวิจัยลดความซับซ้อนของการคำนวณเมื่อพวกเขาตระหนักว่าจำนวนวิธีที่พลาสมาสามารถบิดเบือนเป็นจริงน้อยกว่าช่วงของเขต 3 มิติที่เป็นไปได้ที่สามารถนำมาใช้กับพลาสมา โดยการทำงานย้อนหลังจากการบิดเบือนไปยังช่อง 3 มิติผู้เขียนได้คำนวณเขตข้อมูลที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับการกำจัด ELMs การทดลองของ KSTAR ยืนยันการคาดการณ์ด้วยความแม่นยำที่โดดเด่น

ผลการวิจัยให้ความมั่นใจใหม่

ผลการค้นพบเกี่ยวกับ KSTAR ให้ความเชื่อมั่นใหม่ในการพยากรณ์ความสามารถในการทำนายพื้นที่ 3 มิติที่ดีที่สุดสำหรับ ITER ซึ่งเป็นโครงระหว่างประเทศที่กำลังก่อสร้างอยู่ในประเทศฝรั่งเศสซึ่งมีแผนที่จะใช้แม่เหล็กชนิดพิเศษเพื่อสร้างความผิดเพี้ยน 3 มิติในการควบคุม ELMs การควบคุมดังกล่าวจะมีความสำคัญสำหรับ ITER โดยมีเป้าหมายคือการผลิตพลังงานมากกว่าพลังงานถึง 10 เท่าในการทำความพลาสมา "วิธีการและหลักการที่นำมาใช้ในการศึกษาครั้งนี้สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพและความถูกต้องของกระบวนการเพิ่มประสิทธิภาพ 3-D ที่ซับซ้อนใน tokamaks"

menu
menu