核融合炉のプラズマの不安定性の大きさを制御する方法が、国際的な研究者チームによって発見されました。 大きな不安定性は原子炉に損傷を与える可能性がありますが、小さな不安定性はプラズマから廃棄ヘリウムを除去するのに役立つ可能性があります。 したがって、この発見は、大規模な核融合炉の運用に重要な指針を提供する可能性があります。
磁気的に閉じこめられたプラズマ内での水素原子核の核融合は、環境に優しい膨大な量のエネルギーをもたらす可能性があります。 しかし、超高温プラズマの制御は依然として重要な課題です。
現在の核融合実験で最も広く使用されているドーナツ型のトカマク炉では、プラズマは強い磁場によって閉じ込められています。 これにより、プラズマの端とリアクターの壁の間に急な圧力勾配が発生します。 エッジの圧力勾配が大きすぎると、エッジ ローカライズド モード (ELM) と呼ばれる不安定性が生じる可能性があります。 これらは粒子とエネルギーのバーストを放出し、原子炉の壁に深刻な損傷を与える可能性があります。
この最新の研究は、 ゲオルグ・ハラー ウィーン工科大学で。 ELM を生成する条件を研究するために、チームはドイツのマックス プランク プラズマ物理学研究所の ASDEX アップグレード トカマクで実験を行いました。
プラズマ密度を高める
彼らは、プラズマ密度を高めることで大きな ELM を回避できることを発見しました。その結果、より頻繁に発生する小さな ELM になります。 小さなELMは、ダメージを軽減するだけでなく、プラズマから廃棄ヘリウムを除去するのにも役立ちます。
JETの記録的な結果と核融合エネルギーの探求
チームはまた、プラズマ密度が高い場合、プラズマを閉じ込める磁力線のトポロジーを調整することで、ELM の出現を制御できることも発見しました。 トカマクでは、これらの磁力線はプラズマの周りをらせん状に巻いており、圧力勾配に対して方向が交互に変わることを意味します。 プラズマの一部の領域では力が不安定性に逆らって働き、他の領域では力が不安定性を助長します。 このトレードオフは、ELM を作成するために必要な最小圧力勾配を定義する不安定性しきい値によって特徴付けることができます。
Harrer と同僚は、磁場のらせん巻きを増やすと、不安定性閾値が上昇し、ELM の生成が減少することを発見しました。 また、プラズマの端で磁気シアを大きくすると、不安定性のしきい値が大きくなります。 磁気シアは、XNUMX つの交差する磁力線の間の角度です。
圧力勾配が大きいプラズマを使用すると、核融合炉の核融合エネルギーの利得が増加しますが、その代償として ELM 損傷のリスクが高まります。 ただし、小型の ELM は、廃棄ヘリウムの排出に役立つ可能性があります。 結果として、将来の核融合炉の運転を最適化するには、これらの現象を細かくバランスさせる必要があります。 この最新の研究は、それがどのように行われるかについての重要な洞察を提供します。
チームはその調査結果を Physical Review Lettersに.
