Эти альфа-частицы еще более горячие, чем топливо и имеют так много энергии, что они могут вести Alfven eigenmodes, которые позволяют частицам сбегать из палаты реакции, прежде чем они смогут нагреть плазму. Понимание этих волн и как они помогают альфа-частицам убежать, является ключевой темой исследования в науке сплава.Если только один или две из этих волн взволнованы в палате реакции, эффект на альфа-частицы и их способность нагреть топливо ограничен.
Однако теоретики предсказывали в течение некоторого времени, что, если многие из этих волн взволнованы, они могут коллективно выбросить много альфа-частиц, подвергнув опасности реакторные стены палаты и эффективное нагревание топлива.Недавние эксперименты провели на Национальном Средстве для Сплава DIII-D, которым Общая Атомная энергетика управляет для американского Министерства энергетики (DOE) в Сан-Диего, показали доказательства, которые подтверждают эти теоретические предсказания.
Потери до 40 процентов высокоэнергетических частиц наблюдаются в экспериментах, когда много волн Alfven взволнованы ионами луча дейтерия, используемыми, чтобы моделировать альфа-частицы и ионы луча более высокой энергии в реакторе сплава, такие как ПРОХОД, который теперь находится в работе на юге Франции.В связи с этим исследованием физики в Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) САМКИ создали количественно точную модель воздействия этих волн Alfven на высокоэнергетических лучах дейтерия в токамаке DIII-D.
Они использовали кодексы моделирования под названием НОВИНКА и ОРБИТА, чтобы предсказать, какие волны Alfven будут взволнованы и их эффект на заключение высокоэнергетических частиц.Исследователи подтвердили предсказание моделирования НОВИНКИ, что более чем 10 нестабильных волн Alfven могут быть взволнованы лучами дейтерия в эксперименте DIII-D. Кроме того, в количественном соглашении с результатами эксперимента, моделирование предсказало, что до 40 процентов энергичных частиц будут потеряны. Моделирование продемонстрировало впервые в этом типе высокоэффективной плазмы, это, количественно точные предсказания могут быть сделаны для эффекта многократных волн Alfven на заключении энергичных частиц в токамаке DIII-D.
«Наша команда подтвердила, что мы можем количественно предсказать условия, где альфа-частицы сплава могут быть потеряны от плазмы на основе результатов, полученных из моделирования экспериментов DIII-D,» сказал Геррит Крамер, физик исследования PPPL и ведущий автор статьи, которая описывает результаты моделирования в майском выпуске журнала Nuclear Fusion.Совместные результаты отметили потенциально большой прогресс в понимании процесса. «Эти результаты показывают, что у нас теперь есть глубокое понимание отдельных волн, взволнованных энергичными частицами и как эти волны сотрудничают, чтобы удалить энергичные частицы из плазмы», сказал физик Рэффи Нэзикиэн, глава ПРОХОДА и Отдела Токамаков в PPPL и лидере сотрудничества лаборатории с DIII-D.Модель NOVA+ORBIT далее указала, что определенные плазменные условия могли существенно сократить количество волн Alfven и следовательно понизить потери энергичной частицы.
Такие волны и потери, которые они производят, могли быть минимизированы, если профиль электрического тока в центре плазмы мог бы быть расширен, согласно анализу, представленному в научной статье.Эксперименты, чтобы проверить эти идеи на сокращение энергичных потерь частицы будут проводиться в следующей кампании исследования в DIII-D. «Новые модернизации средства DIII-D будут допускать исследование улучшенных плазменных условий», сказал Нэзикиэн. «Новые эксперименты предложены условиям доступа, предсказанным теорией уменьшить энергичные потери частицы с важными последствиями для оптимального дизайна будущих реакторов».