聚變托卡馬克等離子體中的雜質(zhì)會(huì)降低性能。這些雜質(zhì)是由熱等離子體和金屬托卡馬克壁之間的相互作用產(chǎn)生的。這些墻壁通常用鎢裝甲。這種材料耐熱，但會(huì)隨著時(shí)間的推移而降解，將雜質(zhì)釋放到等離子體中。模擬可以預(yù)測(cè)這些雜質(zhì)的行為方式，但很難直接測(cè)量，因?yàn)樵S多雜質(zhì)只發(fā)出微弱的輻射.此處詳述的實(shí)驗(yàn)使用收集器探針對(duì)等離子體進(jìn)行采樣。它確定只有當(dāng)托卡馬克磁場(chǎng)以逆時(shí)針方向圍繞環(huán)形托卡馬克旋轉(zhuǎn)時(shí)，有害雜質(zhì)才會(huì)積聚在等離子體邊緣外的區(qū)域。這是等離子體電流移動(dòng)的相反方向。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致去除雜質(zhì)的快速流動(dòng)。
影響
聚變發(fā)電廠需要能夠長(zhǎng)時(shí)間維持聚變條件的等離子體。等離子體中的雜質(zhì)會(huì)降低性能。這意味著聚變科學(xué)和技術(shù)研究人員需要開發(fā)方法來控制雜質(zhì)通過等離子體的傳輸并在它們發(fā)生時(shí)將其去除。這對(duì)于實(shí)用的聚變能很重要。到目前為止，還沒有對(duì)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(zhì)積累進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量。這項(xiàng)新的研究結(jié)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(zhì)可以穿過等離子體的邊緣并進(jìn)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(zhì)傳輸。雖然幾十年來，模擬已經(jīng)預(yù)測(cè)了等離子體邊緣中雜質(zhì)的積累，但研究人員還沒有獲得這種積累的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
DIII-D 國(guó)家聚變?cè)O(shè)施的研究人員與田納西大學(xué)合作，部署了一種稱為收集器探針的診斷工具來測(cè)量等離子體邊緣的鎢含量。他們使用最先進(jìn)的邊緣仿真代碼 DIVIMP 和 3DLIM 來模擬等離子體邊緣中的雜質(zhì)傳輸。模擬表明，為了重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)收集器探針測(cè)量，在實(shí)驗(yàn)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(chǎng)逆時(shí)針移動(dòng)時(shí)。當(dāng)磁場(chǎng)順時(shí)針移動(dòng)時(shí)，非?？斓牡入x子體流可能會(huì)去除雜質(zhì)并通過將它們運(yùn)輸和沉積在容器壁上來防止它們的積累。這些結(jié)果似乎是有史以來對(duì)邊緣雜質(zhì)積累的首次間接測(cè)量。
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