科学家开发了预测技术 可以帮助推进对聚变能的科学探索

2022-02-04 11:20:00赫连霄瑾导读将太阳的能量带到地球需要合理的理论，良好的家开工程技术和一点技巧。该过程需要捕获带电的发预超热气体(称为等离子体)，因此其粒子可以融合并释放

将太阳的测技能量带到地球需要合理的理论，良好的术可索工程技术和一点技巧。该过程需要捕获带电的帮助变超热气体(称为等离子体)，因此其粒子可以融合并释放大量能量。推进此过程中使用最广泛的对聚的探设备是甜甜圈形托卡马克，可通过精确成形和定位的科学强磁体将等离子体固定在适当的位置。但是家开，这些磁铁的发预形状或位置错误会导致约束受限和等离子体损失，从而终止聚变反应。测技

现在，术可索由能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的帮助变物理学家领导的国际研究人员开发了一种技术，该技术可以预测托卡马克如何应对这些有害的推进磁误差。这些预测可以帮助工程师设计聚变设施，从而有效地产生几乎无穷无尽的安全，清洁聚变能供应，以发电。

聚变以等离子体的形式结合了光元素，等离子体是由自由电子和原子核组成的热的带电状态，并在恒星中产生大量能量。科学家旨在在地球上复制和控制这一过程。

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。该法律主要是根据General Atomics为圣地亚哥DOE运营的DIII-D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的数据，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的信心，这是在法国建造的跨国托卡马克，用以证明聚变能的可行性。

错误域的形成

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。“现在的问题是多么大的错误ITER场可以在不中断容忍，”尼古拉斯·洛根，PPPL物理学家和纸报告在结果的主要作者核聚变。“我们希望防止ITER中断，因为它们既会干扰聚变反应，又会破坏壁。”

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对韩国，，英国和其他的托卡马克血浆的影响，从而增强了误差直到血浆被破坏为止。研究人员希望找到允许他们制定简单规则的模式，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。

组合的代码比每个单独的代码自己能更准确地对血浆进行建模。由德国马克斯·普朗克等离子体物理研究所开发的TM1代码可解决对圆柱形状中的混沌等离子体行为进行建模的方程式，而在PPPL上开发的理想扰动平衡代码(IPEC)代码可将托卡马克形状的等离子体建模。该论文的作者之一PPPL物理学家胡启明说：“通过结合这些代码，我们能够模拟包括ITER在内的各种设备可能发生的各种情况。” “获得准确的ITER预测很重要，因为目前没有任何一台这样的机器。”

PPPL ITER和Tokamak部门的负责人Raffi Nazikian说：“这项工作扩展了我们对融合设备中误差场的影响的了解。” “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

Logan和Hu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。洛根说：“这不是警钟。” “这只会帮助物理学家和工程师知道在为ITER投入大量精力之前，他们需要多么认真地考虑预期的误差场。”

合作者包括通用原子，捷克科学院等离子物理研究所，科学院等离子物理研究所，韩国蔚山国立科学技术学院，英国库尔勒姆聚变能中心，Consorzio RFX，德国马克斯·普朗克等离子体物理研究所以及麻省理工学院的等离子体科学与聚变中心。