ترکیب ECCD و RMP انعطاف پذیری و کنترل بیشتری را بر پلاسمای همجوشی فراهم می کند، این تکنیک امکان تنظیم دقیق جزایر مغناطیسی در پلاسما را فراهم می کند و ثبات لبه را بهینه می کند.

در تلاش مستمر آزمایشگاه فیزیک پلاسما پرینستون برای توسعه طیف وسیعی از روش‌ها برای مدیریت پلاسما به طوری که بتوان از آن برای تولید الکتریسیته در فرآیندی به نام همجوشی استفاده کرد، محققان نشان داده‌اند که چگونه می‌توان دو روش قدیمی را با هم ترکیب کرد تا انعطاف‌پذیری بیشتری ارائه کرد.

Qiming Hu، فیزیکدان تحقیقاتی کارکنان در PPPL و نویسنده اصلی مقاله جدیدی که در Nuclear Fusion در مورد این کار منتشر شده است، گفت: این یک نوع ایده جدید است، که به صورت تجربی نیز نشان داده شده است و قابلیت‌های کامل هنوز در حال کشف شدن است، اما مقاله ما کار بزرگی برای ارتقای درک ما از مزایای بالقوه انجام می‌دهد.

در حالی که این دو روش – معروف به درایو جریان سیکلوترون الکترون (ECCD) و استفاده از اغتشاشات مغناطیسی تشدید (RMP) – مدت‌ها مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، این اولین باری است که محققان نحوه استفاده از آن‌ها را با هم برای کنترل بهتر پلاسما در همجوشی شبیه‌سازی می‌کنند.

در نهایت، دانشمندان امیدوارند از همجوشی برای تولید برق استفاده کنند، ابتدا آنها باید بر موانع متعددی غلبه کنند، از جمله روش‌های کامل کردن برای به حداقل رساندن انفجار ذرات از پلاسما که به عنوان حالت‌های موضعی لبه (ELM) شناخته می‌شوند.

تصویر سمت چپ توکامک و اغتشاش مغناطیسی سه بعدی ایجاد شده توسط سیم پیچ های سه بعدی را نشان می دهد، با رنگ های بنفش آبی نشان دهنده آشفتگی های دامنه کمتر و قرمز نشان دهنده آشفتگی های دامنه بالاتر است.

از سیم پیچ ها برای ایجاد آشفتگی های میدان مغناطیسی که جزایر را تولید می کنند (آبی) استفاده می شود و سیم پیچ دیگری نیز در پایین دستگاه یافت می شود، سیستم تزریق برای مایکروویوهای ECCD در بالا (قرمز) به تصویر کشیده شده است... از اینها می توان برای تنظیم عرض جزایر استفاده کرد. 

به طور دوره‌ای، این ترکیدن‌ها کمی فشار را آزاد می‌کنند زیرا بیش از حد است، اما این انفجارها می توانند خطرناک باشند و DIII-D یک توکامک است، دستگاهی که از میدان های مغناطیسی برای محدود کردن پلاسمای همجوشی به شکل دونات استفاده می کند. ELM ها می توانند به یک واکنش همجوشی پایان دهند و حتی به توکامک آسیب برسانند، بنابراین محققان راه های زیادی را برای جلوگیری از آنها ایجاد کرده اند.

الساندرو بورتولون، فیزیکدان اصلی پژوهشی PPPL، که یکی از نویسندگان همکار مقاله بود، افزود: بهترین راهی که برای اجتناب از آنها پیدا کرده‌ایم، استفاده از آشفتگی‌های مغناطیسی تشدید یا RMP است که میدان‌های مغناطیسی اضافی ایجاد می‌کنند.

میدان های مغناطیسی جزایر را تولید می کنند و امواج مایکروویو آنها را تنظیم می کنند...

میدان‌های مغناطیسی در ابتدا توسط باد توکامک در اطراف پلاسمای چنبره‌شکل اعمال می‌شود، هم در مسیر طولانی - در اطراف لبه بیرونی و هم در مسیر کوتاه - از لبه بیرونی و از طریق سوراخ مرکزی، میدان های مغناطیسی اضافی ایجاد شده توسط RMP ها از طریق پلاسما عبور می کنند و مانند دوخت فاضلاب به داخل و خارج می شوند.

این میدان ها میدان های مغناطیسی بیضی یا دایره ای شکل در پلاسما تولید می کنند که جزایر مغناطیسی نامیده می شوند.

به طور معمول، جزایر در پلاسما واقعا، واقعا بد هستند. اگر جزایر خیلی بزرگ باشند، خود پلاسما می‌تواند مختل شود.

با این حال، محققان قبلاً به طور تجربی می دانستند که تحت شرایط خاص، این جزایر می توانند مفید باشند، بخش سخت، تولید RMP به اندازه کافی بزرگ برای تولید جزایر است... اینجاست که ECCD، که اساساً یک تزریق پرتو مایکروویو است، وارد می‌شود و محققان دریافتند که افزودن ECCD به لبه پلاسما، مقدار جریان مورد نیاز برای تولید RMPهای لازم برای ساخت جزایر را کاهش می‌دهد.

تزریق پرتو مایکروویو همچنین به محققان اجازه داد تا اندازه جزایر را برای حداکثر پایداری لبه پلاسما کامل کنند. به طور استعاری، RMP ها مانند یک کلید روشنایی ساده عمل می کنند که جزایر را روشن می کند، در حالی که ECCD مانند یک سوئیچ کم نور اضافی عمل می کند که به محققان اجازه می دهد جزایر را به اندازه ایده آل برای یک پلاسمای قابل کنترل تنظیم کنند.

هو گفت: شبیه سازی ما درک ما از تعاملات در بازی را اصلاح می کند. هنگامی که ECCD در همان جهت جریان در پلاسما اضافه شد، عرض جزیره کاهش یافت و فشار پایه افزایش یافت و اعمال ECCD در جهت مخالف نتایج معکوس به همراه داشت، با افزایش عرض جزیره و کاهش فشار پایه یا تسهیل باز شدن جزیره.

ECCD در لبه، به جای هسته

 این تحقیق همچنین قابل توجه است زیرا ECCD به جای هسته به لبه پلاسما اضافه شد، جایی که معمولاً از آن استفاده می شود.

هو می‌گوید: معمولاً، مردم فکر می‌کنند اعمال ECCD موضعی در لبه پلاسما خطرناک است زیرا امواج مایکروویو ممکن است به اجزای داخل رگ آسیب برساند و ما نشان داده‌ایم که این کار شدنی است و انعطاف‌پذیری این رویکرد را نشان داده‌ایم و این ممکن است راه های جدیدی را برای طراحی دستگاه های آینده باز کند.

با کاهش مقدار جریان مورد نیاز برای تولید RMPها، این کار شبیه‌سازی در نهایت می‌تواند منجر به کاهش هزینه تولید انرژی فیوژن در دستگاه‌های همجوشی در مقیاس تجاری در آینده شود.

بنابراین، این واقعاً زمینه جدیدی است... که این خبر را بسیار جالب می کند زیرا نقش پلاسما در آینده هنوز در حال بررسی است. فیوژن ممکن است تنها بخشی از آن باشد و با چیزهای داغ بسیار داغ و بسیار پرانرژی چه می توان کرد؟

بسیار جالب خواهد بود که ببینیم ذهن های تخیل پرداز چه فکری می کنند.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است. سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد. ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست، و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.