Среда, 21 февраля, 2024
ДомойФизикаПрогресс в термоядерных исследованиях: новые взгляды на поток энергичных ионов

Прогресс в термоядерных исследованиях: новые взгляды на поток энергичных ионов

- Advertisement -

Недавние исследования в Национальном термоядерном центре DIII-D привели к революционным наблюдениям за энергичными ионами в термоядерной плазме, которые имеют решающее значение для поддержания состояния горящей плазмы. Это расширенное понимание имеет решающее значение для разработки термоядерных электростанций и имеет значение для понимания поведения плазмы в космосе, потенциально повышая надежность спутников. Фото: SciTechDaily.com

Новые наблюдения в Национальном термоядерном комплексе DIII-D дают жизненно важную информацию об энергичных ионах в термоядерной плазме, что имеет ключевое значение для развития термоядерной энергетики и космоса. плазма понимания, что имеет последствия для спутниковых технологий.

В горящей плазме поддержание удержания энергичных ионов, образующихся в результате термоядерного синтеза, имеет важное значение для производства энергии. Эта термоядерная плазма содержит широкий спектр электромагнитных волн, которые могут выталкивать энергичные ионы из плазмы. Это уменьшает нагрев плазмы от продуктов реакции синтеза и прекращает горящее состояние плазмы.

Последние измерения на Национальный термоядерный комплекс DIII-D обеспечить первые прямые наблюдения энергичных ионов, движущихся в пространстве и энергии в токамаке. Исследователи объединили эти измерения с передовыми компьютерными моделями электромагнитных волн и того, как они взаимодействуют с энергичными ионами. Результаты обеспечивают лучшее понимание взаимодействия между плазменными волнами и энергичными ионами в термоядерной плазме.

Достижения в области термоядерных исследований и практического применения

Физика плазмы и исследования термоядерного синтеза переходят от экспериментальных установок к проектам демонстрационных электростанций. Чтобы этот шаг увенчался успехом, исследователям необходимо точное моделирование и другие инструменты, позволяющие прогнозировать, как будут работать конструкции электростанций. Большинство современных установок не производят горящую плазму. Тем не менее, исследователи понимают большую часть соответствующей физики и разрабатывают модели, чтобы воспроизвести наблюдаемое экспериментальное поведение.

В ходе текущего исследования были проведены новые измерения потока энергичных ионов в токамаке DIII-D. Это ускорит разработку моделей, которые учитывают всю соответствующую динамику взаимодействия волн и ионов.

Это улучшенное понимание также позволяет применять технику фазового пространства. Исследователи могут использовать этот процесс для разработки новых сценариев термоядерной плазмы, основанных на предсказанных идеальных взаимодействиях между волнами и ионами. Примечательно, что эти взаимодействия также могут навредить спутникам, поэтому это исследование может помочь повысить их надежность.

Измеренный (слева) и смоделированный (справа) поток энергичных ионов в плазме DIII-D. Начиная с инжектируемых энергий нейтральных пучков, инжектированные ионы движутся в пространстве и энергии за счет взаимодействия с электромагнитными волнами. Фото: XD Du, General Atomics.

Инновации на Национальном термоядерном заводе DIII-D

Исследователи из Национальный термоядерный комплекс DIII-D, пользовательское учреждение Министерства энергетики, использовало первые измерения новой диагностической системы, анализатора нейтральных частиц Imaging (INPA), для наблюдения за потоком энергичных ионов в токамаке. Многолетние усилия по концептуализации, проектированию и созданию INPA предоставили первую в истории возможность наблюдать такое поведение.

После введения в токамак нейтральными лучами энергичные ионы взаимодействуют с электромагнитными плазменными волнами и перемещаются по энергии и положению через токамак. Моделирование воспроизводит наблюдаемое поведение, тем самым демонстрируя точность моделей из первых принципов при описании базовой физики. Лучшее понимание этих взаимодействий волн и частиц имеет отношение к проектированию термоядерных электростанций и пониманию поведения плазмы, наблюдаемой в космическом пространстве.

INPA измеряет энергию энергичных ионов, инжектированных нейтральным лучом, которые имеют энергию, превышающую энергию фоновой плазмы, во времени и в пространстве от ядра горячей плазмы до края холодной плазмы, где ионы могут быть потеряны. В сочетании с передовым высокопроизводительным компьютерным моделированием, которое моделирует как спектр электромагнитных волн, так и взаимодействие с энергичными ионами, эти эксперименты обеспечивают наиболее детальное понимание взаимодействия между плазменными волнами и энергичными ионами в термоядерной плазме.

Это улучшенное понимание также позволяет исследователям применять инженерию фазового пространства — процесс, в котором они разрабатывают новые сценарии термоядерной плазмы, основанные на предсказанных идеальных взаимодействиях между волнами и ионами. Подобные взаимодействия происходят в космическом пространстве. Например, электромагнитные ионно-циклотронные (ЭМИЦ) волны заставляют электроны течь через пространство и энергию.

В некоторых случаях электроны ускорялись настолько, что вызывали сбои в работе спутников. Улучшение понимания процессов резонансного взаимодействия волн и частиц посредством исследований термоядерной плазмы способствует моделированию космической плазмы, что может повысить надежность будущих спутниковых миссий.

Использованная литература:

«Визуализация потока быстрых ионов в фазовом пространстве в плазме значительно ниже, вблизи и значительно выше порога устойчивости собственной альфвеновской моды в токамаке», авторы XD Du, WW Heidbrink, MA Van Zeeland, J. Gonzalez-Martin, ME Austin, Z. Yan и Г. Р. Макки, 8 марта 2023 г., Термоядерная реакция.
DOI: 10.1088/1741-4326/acbec5

«Моделирование потока быстрых ионов, индуцированного собственной альфвиновской модой, измеренного с помощью визуализирующего анализатора нейтральных частиц», Дж. Гонсалес-Мартин, К. Д. Ду, В. В. Хайдбринк, М. А. Ван Зеланд, К. Саркимяки, А. Сникер, К. Ван и Ю. Тодо , 29 сентября 2022 г., Термоядерная реакция.
DOI: 10.1088/1741-4326/ac7406

«Визуализация потока быстрых ионов в фазовом пространстве, вызванного альвеновской нестабильностью», XD Du, MA Van Zeeland, WW Heidbrink, J. Gonzalez-Martin, K. Särkimäki, A. Snicker, D. Lin, CS Collins, ME Austin, GR Макки, З. Ян, Ю. Тодо и В. Ву, 1 декабря 2021 г., Письма о физических отзывах.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.235002.

Эта работа поддерживалась Управлением науки Министерства энергетики (DOE) и Управлением термоядерных энергетических наук с использованием Национальной термоядерной установки DIII-D, пользовательского объекта Управления науки Министерства энергетики.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме