Tokamak ist eine Art thermonuklearer Reaktor, eine torusförmige Anlage zur Einschließung von magnetischem Plasma, um Bedingungen zu erreichen, unter denen eine stabile thermonukleare Reaktion aufrechterhalten werden kann. Die Arbeit mit ihnen dauert seit mehreren Jahrzehnten an, und bisher wurde in dieser Arbeit kein Ende gesehen: Es gibt keine Reaktoren mit wirtschaftlicher Leistung, wie es keine gab. Eines der Probleme ist die Instabilität des Prozesses, es ist sehr schwer zu kontrollieren.
Es gibt mehrere Schwierigkeiten, eine davon ist die Instabilität lokalisierter Kantenplasmaströme. Forscher, die mit der
KSTAR Tokamak- Installation arbeiten,
haben gezeigt, dass sie dieses Problem in den Griff bekommen konnten. Dies ist äußerst wichtig, denn wenn Sie es nicht lösen, kann das Plasma die Innenfläche der Vakuumkammer zerstören.
Es ist erwähnenswert, dass das Problem eine Folge der Symmetrie des Magnetfelds der Installation ist - der Symmetrie, die die (offensichtliche) Einfachheit der Arbeit mit Tokamaks gewährleistet. Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, besteht darin, externe Magnetfelder zu erzeugen, um Instabilität zu unterdrücken.
Das Interessanteste ist, dass einige asymmetrische Konfigurationen des Tokamak-Magnetfelds sogar nützlich sein können, um das Plasma in einem stabilen Zustand zu halten. Die Hauptsache hier ist zu
lernen, die „richtige“ Asymmetrie
zu wählen , um das Auftreten von Änderungen in der Magnetfeldkonfiguration zu vermeiden, die sich als schädlich erweisen können.
Um dieses Problem zu lösen, erstellten die Forscher ein vereinfachtes Modell der Kombination von Magnetfeldern, die erforderlich sind, um das Plasma in einem stabilen Zustand zu halten. Am Beispiel dieses Modells suchten Wissenschaftler nach Varianten einer asymmetrischen Konfiguration, die nützlich sein können, um das Plasma in einem stabilen Zustand zu halten und die Zerstörung der Reaktorwände zu verhindern. Eine der Bedingungen in diesem Fall ist, dass die inneren Schichten des Plasmas nicht durch Faktoren beeinflusst werden sollten, die die äußeren Schichten beeinflussen.
Der positive Punkt ist, dass die Forscher die endgültige Version der genauen Geometrie des Magnetfelds nicht kennen müssen. Sie müssen lediglich wissen, wann das Magnetfeld zu groß wird und seine Stabilität abnimmt.
Frühere Studien befassten sich mit der Bestimmung der kritischen Werte von Feldern sowie der Erstellung der erforderlichen Geometrie und der Berechnung des Feldes. Dies ist notwendig, um die für die Stabilität ungünstigen Konfigurationen des Magnetfeldes abzuschneiden.
Nun entschied ein Forscherteam, das mit dem koreanischen Tokamak zusammenarbeitet, herauszufinden, welche (zusätzlichen) Magnetfelder die Instabilität unterdrücken, die zerstörerischen Eigenschaften des Plasmas verhindern und zur Entstehung von Instabilitäten beitragen.
Dank der KSTAR-Funktionalität konnten Wissenschaftler eine Vielzahl von Konfigurationen untersuchen, was zu einem 6D-Bild führte, in dem jedes Pixel farbcodiert ist. Insgesamt gibt es drei Farbabstufungen, von denen jede als gut, schlecht und sehr schlecht bezeichnet werden kann.
Nachdem das Modell fertig war, testeten die Wissenschaftler es nach einer Reihe von Tests. Wie sich herausstellte, gelang es ihnen, diese Konfigurationsoption zu finden, die die Instabilität lokalisierter Kantenplasmaströme beseitigt. Um die optimale Konfiguration zu erstellen, können Experten die Anzahl der Elektromagnete erhöhen, um die Anpassbarkeit der Magnetfelder zu verbessern.
Experten zufolge wird die Arbeit von Wissenschaftlern mit koreanischem Tokamak den Moment näher bringen, in dem die Menschheit noch ihre fast endlose Energiequelle erhalten wird.
Nature Physics , 2018: DOI:
10.1038 / s41567-018-0268-8 .