Ученые нашли потенциальный способ подавления крупных повреждающих краевых локализованных мод, что открывает возможности для защиты будущих устройств
На этом изображении показаны изменения давления на внешней средней плоскости плазмы. Видно, как увеличение плотности изменяет поведение плазмы: от крупных потенциально опасных неустойчивостей при низкой плотности до постоянной турбулентности низкого уровня без всплесков при высокой плотности.
Изображение предоставлено компанией Nuclear Fusion.
Укрощение краевых локализованных мод
Краевые локализованные моды, или ELM (Edge-Localized Modes), представляют собой периодические неустойчивости, возникающие на границе плазмы при работе токамака в режиме высокого удержания. Эти бурные явления могут выбрасывать тепло и частицы в направлении стенок реактора, потенциально нанося повреждения, которые могут сократить срок службы обращенных к плазме компонентов в будущих установках, таких как ITER.
Предыдущие эксперименты показали, что плотность плазмы на её краю играет ключевую роль в достижении режима малых ELM или их полного отсутствия. В экспериментах на установке DIII-D, управляемой компанией General Atomics в Сан-Диего, исследователи добились малых ELM с потерями энергии всего от 0,3 до 0,5 процента — по сравнению с крупными ELM первого типа, которые могут высвобождать до 7 процентов запасенной энергии плазмы.
Команда обнаружила, что повышая плотность в слое соскабливания на 30–110 процентов при одновременном снижении плотности внутри основной области плазмы, они смогли стабилизировать лежащие в основе магнитогидродинамические неустойчивости, известные как пилинг-баллонные моды, которые запускают разрушительные ELM.
Интеграция центральной зоны и периферии
Центральной проблемой в термоядерных исследованиях было совмещение режима высокого удержания, необходимого для работы реактора, с интенсивными прерывистыми релаксационными явлениями, которые он порождает. Новый подход демонстрирует то, что физики называют «интеграцией центральной зоны и периферии» — поддержание сильного удержания плазмы в центре при достижении стабильной и щадящей периферии, которая защищает компоненты реактора.
Эксперименты, проведенные в плазменных конфигурациях, подобных ИТЭР, достигли высоких коэффициентов удержания наряду с частично отсоединенными условиями дивертора, которые снижают стационарные тепловые нагрузки на выхлопную область. Исследователи объединили резонансные магнитные возмущения с напуском газа и инжекцией примесей для одновременного контроля ЭЛМов и управления отводом тепла.
Последствия для ITER и дальнейших перспектив
Полученные результаты предлагают практические метрики для управления в реальном времени в будущих термоядерных установках. Компьютерное моделирование с использованием кодов SOLPS-ITER и EMC3-EIRENE подтвердило лежащие в основе физические механизмы, показав, что усиленный транспорт частиц из центральной области в пристеночный слой способствует достижению благоприятного режима.
«Нам необходимо проводить моделирование всей установки, которое связывает центральную область и периферию», — заявил Чан Лю, физик-плазмовик из Принстонской лаборатории физики плазмы, отметив, что даже небольшие популяции энергетических частиц могут существенно влиять на поведение периферийной зоны.
Исследовательская программа на установке DIII-D продолжает изучать, как эти режимы с малыми ELM могут поддерживаться в течение более длительных промежутков времени и в условиях, более непосредственно соответствующих работе горящей плазмы. Для ITER, который, как ожидается, будет работать с одновременным контролем ELM и диссипативными условиями дивертора для защиты своих обращённых к плазме компонентов, эти результаты демонстрируют управляемый путь к интеграции устойчивости периферийной зоны с отводом мощности.
Комментариев нет:
Отправить комментарий