Avanço atômico geral permite maior controle da energia de fusão
p Membros do Grupo de Feixe Neutro DIII-D na frente de uma caixa de feixe para duas das oito linhas de luz. Crédito:General Atomics
p Os pesquisadores que trabalham no DIII-D National Fusion Facility da General Atomics (GA) criaram uma nova ferramenta importante para controlar os plasmas de fusão que são mais quentes que o sol. p A energia e o momento no plasma magneticamente contido de DIII-D são fornecidos por grandes sistemas de feixes de partículas neutras, e a demonstração recente da GA de controle preciso da potência e torque injetados é a primeira. Os cientistas agora são capazes de pré-programar essas entradas ao longo da duração das descargas de plasma (chamadas de "tiros"). GA liderou o esforço de desenvolvimento em colaboração com cientistas da University of California-Irvine e do Princeton Plasma Physics Laboratory.
p Anteriormente, essas entradas foram adaptadas usando modulação liga / desliga de feixes neutros, resultando em grandes perturbações, ou seja, oscilações de potência. O novo método permite a especificação separada e contínua de potência e torque, incluindo a importante capacidade de manter um nível fixo de potência injetada enquanto varia o torque.
p Mudar a forma como este sistema opera é um esforço significativo, considerando o tamanho e a complexidade de cada sistema de vigas; há quatro caixas do tamanho de um caminhão para oito vigas totais no DIII-D (Figura 1). O sistema de feixe neutro injeta até 20 megawatts de energia, aproximadamente a energia usada por 15, 000 casas.
p Espectrogramas de perda de íon do feixe medida. Ambos os disparos de plasma apresentam a mesma potência total do feixe, mas a imagem mostrada à direita utiliza um programa de voltagem do feixe que reduz bastante a amplitude das ondas de plasma coerentes. Crédito:D.C. Pace, et al., Nucl. Fusion 57, 014001 (2017)
p No passado, feixes neutros operaram acelerando íons através de uma alta tensão (aproximadamente 90, 000 volts, em comparação com os 120 volts de uma tomada elétrica doméstica típica) que é fixada no tempo, e, em seguida, passando-os por uma câmara de gás denso, onde se neutralizam e voam para o plasma magnetizado. A alta tensão de aceleração é necessária para maximizar a velocidade do átomo neutro resultante e a potência de aquecimento do feixe.
p Experimentos em anos recentes mostraram que a velocidade das partículas do feixe pode produzir ou amplificar ondas de plasma eletromagnéticas que chutam essas partículas do plasma para fora do plasma e as penetram nas paredes do tokamak. Isso apresenta um dilema porque a alta potência do feixe é necessária para atingir as temperaturas de fusão, mas a perda de partículas do feixe reduz a temperatura e pode levar a danos caros ao longo das paredes do tokamak.
p A solução é variar a alta tensão do feixe ao longo do tempo, reduzindo assim as perdas de partículas do feixe devido às ondas de plasma, maximizando a potência do feixe de entrada. À medida que o plasma é aquecido, o comportamento das ondas de plasma muda de tal forma que partículas de feixe de diferentes velocidades interagem com as ondas. Agora, os feixes neutros DIII-D podem receber perfis de tensão pré-programados que minimizam as interações onda-partícula. Isso mantém as partículas do feixe no plasma e permite que a tensão do feixe aumente para níveis mais altos que maximizam a potência de aquecimento de entrada. Um exemplo de atividade de onda plasmática reduzida é mostrado nos gráficos abaixo (Figura 2), onde condições de plasma semelhantes produzem ondas muito diferentes com base na evolução do tempo da tensão do feixe.
p "Este projeto envolveu dois anos de engenheiros e físicos trabalhando duro para criar algo novo, e é maravilhoso vê-lo funcionando com sucesso no DIII-D, "disse o Dr. David Pace, um físico que liderou o projeto para o GA Energy Group, "Agora vamos nos concentrar na próxima etapa emocionante, que está demonstrando todas as maneiras como esses feixes de tensão variável podem melhorar a fusão magnética em máquinas em todo o mundo. "
p Os resultados iniciais serão apresentados por Tim Scoville, chefe do Grupo de Feixe Neutro em DIII-D, na reunião anual da American Physical Society Division of Plasma Physics, 31 de outubro a 4 de novembro. Este trabalho é apoiado pelo Departamento de Energia dos EUA, Office of Science, Escritório de Ciências da Energia de Fusão, na instalação DIII-D operada pela GA.
