Skip to content
Home » Natuurkundigen van Princeton maken doorbraak in plasma-opsluiting: New Nuclear

Natuurkundigen van Princeton maken doorbraak in plasma-opsluiting: New Nuclear

    Natuurkundigen van Princeton maken doorbraak in plasma-opsluiting: New Nuclear

    30 september 2022

    Natuurkundigen van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) hebben voorgesteld dat de vorming van “heuvels en valleien” in magnetische veldlijnen de bron zou kunnen zijn van plotselinge instortingen van warmte voorafgaand aan verstoringen die donutvormige tokamak-fusiefaciliteiten kunnen beschadigen. Hun ontdekking zou kunnen helpen bij het overwinnen van een kritieke uitdaging waarmee dergelijke faciliteiten worden geconfronteerd.

    Min-Gu Yoo, afgebeeld met dia’s uit zijn onderzoekspaper (Afbeelding: Elle Starkman/PPPL Office of Communications/Kiran Sudarsanan)

    Het onderzoek, gepubliceerd in a Fysica van plasma’s paper in juli, traceerde de ineenstorting tot de 3D-wanorde van de sterke magnetische velden die worden gebruikt om het hete, geladen plasmagas te bevatten. “We hebben een nieuwe manier voorgesteld om de [disordered] veldlijnen, die in eerdere onderzoeken meestal werden genegeerd of slecht werden gemodelleerd”, zegt Min-Gu Yoo, een postdoctoraal onderzoeker bij PPPL en hoofdauteur van het artikel.

    Fusie is het proces dat de zon en de sterren aandrijft terwijl waterstofatomen samensmelten tot helium en materie wordt omgezet in energie. Het vastleggen van het proces op aarde zou een schone, koolstofvrije en bijna onuitputtelijke energiebron kunnen creëren om elektriciteit op te wekken, maar brengt veel technische uitdagingen met zich mee: in sterren creëren enorme zwaartekrachten de juiste omstandigheden voor fusie. Op aarde zijn die omstandigheden veel moeilijker te bereiken.

    In plaats van de immense zwaartekracht die fusiereacties in hemellichamen op hun plaats houdt, kunnen sterke magnetische velden worden gebruikt in een faciliteit die bekend staat als een tokamak om het hete plasma waarin de fusiereactie plaatsvindt, op te sluiten. Maar in laboratoriumexperimenten, wanneer magnetische veldlijnen ontregeld raken als gevolg van plasma-instabiliteit, kan de superhete plasmawarmte snel ontsnappen aan opsluiting, waardoor de tokamak wordt beschadigd.

    “In het geval van een grote storing worden veldlijnen totaal” [disordered] zoals spaghetti en sluit snel aan op de muur met zeer verschillende lengtes, “zei onderzoeksfysicus Weixing Wang, een co-auteur van het artikel. “Dat brengt enorme thermische plasma-energie tegen de muur.”

    Het PPPL-team heeft de 3D-topologie van de door turbulente instabiliteit veroorzaakte veldlijnen onderzocht om te ontdekken dat deze kleine “heuvels” en “dalen” vormen. Sommige deeltjes komen vast te zitten in “dalen” en kunnen niet aan de opsluiting ontsnappen, terwijl andere de “heuvels” afrollen en tegen de muren van de faciliteit botsen.

    “Het bestaan ​​van deze heuvels is verantwoordelijk voor de snelle ineenstorting van de temperatuur, de zogenaamde thermische quench, omdat ze meer deeltjes laten ontsnappen naar de tokamak-muur,” zei Yoo. “Wat we in het artikel hebben laten zien, is hoe je een goede kaart kunt tekenen om de topologie van de veldlijnen te begrijpen. Zonder magnetische heuvels zouden de meeste elektronen zijn opgesloten en zouden ze niet de thermische uitdoving kunnen produceren die in experimenten is waargenomen.”

    Het onderzoek biedt nieuwe fysieke inzichten in hoe het plasma zijn energie naar de muur verliest wanneer er open magnetische veldlijnen zijn, en zal helpen bij het vinden van innovatieve manieren om thermische uitdoving en plasmaverstoringen in de toekomst te verminderen of te voorkomen, zei Yoo.

    Onderzocht en geschreven door World Nuclear News