科学家开发核聚变预测模型有助于推进对聚变能的探索

科学家开发核聚变预测模型有助于推进对聚变能的探索

将太阳的能量带到地球需要合理的理论,良好的工程技术和一点技巧。该过程需要捕获带电的超热气体(称为等离子体),因此其粒子可以融合并释放大量能量。此过程中使用最广泛的设备是甜甜圈形托卡马克,可通过精确成形和定位的强磁体将等离子体固定在适当的位置。但是,这些磁铁的形状或位置错误会导致约束受限和等离子体损失,从而终止核聚变反应。

现在由美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的物理学家领导的国际研究团队开发了一种技术,该技术可以预测托卡马克如何应对磁误差。这将有助于工程师设计核聚变设施,从而有效地产生几乎无穷无尽的安全清洁聚变能供应,可用来发电。

该团队制定了一个称为缩放定律的规则,该规则有助于从当前设备推断未来托卡马克的属性。主要是根据General Atomics为圣地亚哥DOE运营的DIII-D国家融合设施进行的三年实验得出的。研究人员还利用了由ITER国际托卡马克物理学活动小组维护的误差场效应数据库,该数据库负责协调世界各地的聚变研究。

现在,需要来自具有各种尺寸范围的其他设备数据,以提高在推算定标律以预测ITER中断之前可能有多大误差场,用以证明聚变能的可行性。

误差场形成

托卡马克磁体的形状或位置不规则会产生误差场,从而触发等离子体破裂,从而导致其突然从磁场中逸出并释放出大量能量。现在的问题是多大误差才能不会发生中断反应。

由于ITER正在建设中,研究人员使用两个计算机代码的混搭模型来模拟误差场。研究人员希望找到允许他们制定简单规则模型,这将有助于对正在建造的托卡马克中未来错误域的破坏做出推测。

这项工作扩展了对融合设备中误差场影响的了解。数值分析与实验分析的结合为评估ITER和未来反应堆中误差场的重要性提供了令人信服的基础。

下一步

研究团队希望从托卡马克实验中收集更多信息,以使缩放定律更加精确,从而使其能够预测等离子体核心区域和边缘区域的等离子体性能。

这项研究得到了美国能源部科学办公室(FES),中国国家重点RD计划,捷克科学基金会和欧洲原子能共同体的支持。

DIII-D国家核聚变设施是美国最大的磁聚变研究设施,并且一直是聚变能科学发展方面众多开创性贡献的基地。DIII-D通过与代表全球100多个机构的600多名科学家合作进行的关键研究,继续朝着实用聚变能的方向前进。有关更多信息,请访问http://www.ga.com/diii-d

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