聚變托卡馬克等離子體中的雜質(zhì)會降低性能。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)測這些雜質(zhì)的行為方式，但很難直接測量，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)使用收集器探針對等離子體進(jìn)行采樣。它確定只有當(dāng)托卡馬克磁場以逆時(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(shí)針旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致去除雜質(zhì)的快速流動。
影響
聚變發(fā)電廠需要能夠長時(shí)間維持聚變條件的等離子體。等離子體中的雜質(zhì)會降低性能。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。這對于實(shí)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(zhì)積累進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量。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 國家聚變設(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逆時(shí)針移動時(shí)。當(dāng)磁場順時(shí)針移動時(shí)，非常快的等離子體流可能會去除雜質(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邊緣雜質(zhì)積累的首次間接測量。
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