快速流動可防止雜質在托卡馬克等離子體邊緣堆積

聚變托卡馬克等離子體中的雜質會降低性能。這些雜質是由熱等離子體和金屬托卡馬克壁之間的相互作用產生的。這些墻壁通常用鎢裝甲。這種材料耐熱，但會隨著時間的推移而降解，將雜質釋放到等離子體中。模擬可以預測這些雜質的行為方式，但很難直接測量，因為許多雜質只發(fā)出微弱的輻射.此處詳述的實驗使用收集器探針對等離子體進行采樣。它確定只有當托卡馬克磁場以逆時針方向圍繞環(huán)形托卡馬克旋轉時，有害雜質才會積聚在等離子體邊緣外的區(qū)域。這是等離子體電流移動的相反方向。順時針旋轉導致去除雜質的快速流動。

影響

聚變發(fā)電廠需要能夠長時間維持聚變條件的等離子體。等離子體中的雜質會降低性能。這意味著聚變科學和技術研究人員需要開發(fā)方法來控制雜質通過等離子體的傳輸并在它們發(fā)生時將其去除。這對于實用的聚變能很重要。到目前為止，還沒有對托卡馬克金屬壁和等離子體邊緣之間的重要空間中的雜質積累進行實驗測量。這項新的研究結果提出了未來發(fā)電廠可以用來防止這種積累的方法。

概括

在托卡馬克中，雜質可以穿過等離子體的邊緣并進入等離子體的核心，污染它并降低功率。然而，研究人員并不完全了解沿等離子體邊緣的雜質傳輸。雖然幾十年來，模擬已經預測了等離子體邊緣中雜質的積累，但研究人員還沒有獲得這種積累的實驗證據(jù)。

DIII-D 國家聚變設施的研究人員與田納西大學合作，部署了一種稱為收集器探針的診斷工具來測量等離子體邊緣的鎢含量。他們使用最先進的邊緣仿真代碼 DIVIMP 和 3DLIM 來模擬等離子體邊緣中的雜質傳輸。模擬表明，為了重現(xiàn)實驗收集器探針測量，在實驗過程中一定發(fā)生了積累。然而，這種積累只發(fā)生在托卡馬克的磁場逆時針移動時。當磁場順時針移動時，非?？斓牡入x子體流可能會去除雜質并通過將它們運輸和沉積在容器壁上來防止它們的積累。這些結果似乎是有史以來對邊緣雜質積累的首次間接測量。

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