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物理学家提高了对融合装置边缘的热量和粒子流的理解

发布时间:2019-05-14 16:02:37 来源:

美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的物理学家发现了有关被称为“等离子体”的带电气体如何在称为“托卡马克”的环形融合装置内的边缘流动的有价值的信息。这些发现标志着一个令人鼓舞的迹象,即开发用于发电的发电机,而不会产生长期的危险废物。

结果部分证实了过去的PPPL研究结果,即聚变反应产生的热量排放宽度可能比想象的宽6倍,因此不那么狭窄,集中和破坏。“这些发现对于ITER来说是个好消息,”PPPL物理学家CS Chang说,他是等离子体物理研究描述的主要作者,他指的是法国正在建设的国际聚变实验。“研究结果显示,ITER的热量排放对机器造成的伤害更小,”Chang说。

融合,驱动太阳和恒星的能量,是等离子体形式的轻元素的融合 - 由自由电子和原子核组成的热的带电状态 - 产生能量。世界各地的科学家正在寻求在地球上复制聚变,以获得几乎无穷无尽的电力供应。

托卡马克内的超高温等离子体可以达到数亿度,受到磁场的限制,使等离子体不受机器壁的影响。然而,粒子和热量可以从“磁分界面” - 磁约束和无约束等离子体之间的边界处的限制区域逸出。在这个边界处,场线在所谓的X点处交叉,该点是废热和颗粒逸出并撞击称为“偏滤板”的目标。

新发现揭示了X点对排气的惊人效果,表明在X点出现了山丘状的电荷凸起。该电山使等离子体在其周围循环,防止等离子体粒子在直线路径中在场线的上游区域和下游区域之间传播。相反,就像在建筑工地周围操纵的汽车一样,带电的等离子体颗粒绕着山坡绕行。

研究人员利用XGC开发了这些研究结果,XGC是一种先进的计算机代码,由PPPL的外部合作者开发,将等离子体模拟为单个颗粒的集合,而不是单个流体。该模型显示位于X点上方的上游等离子体与X点下方的下游等离子体之间的连接以一种不能通过更简单的代码预测的方式形成,可以更准确地预测排气并使未来更大 - 不易受内部损坏的规模设施。

“这一结果表明,先前涉及磁通管的磁力线模型是不完整的,”Chang说 - 指磁通区域周围的管状区域 - “目前对上游和下游等离子体之间相互作用的理解我们的下一步是使用像我们这样的代码找出上游和下游等离子体之间更准确的关系。这些知识将帮助我们开发出更精确的方程式和改进的简化模型,这些模型实际上已经在进行中。

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