La linea rossa mostra la densità di corrente pilotata lungo la traiettoria delle microonde in un plasma DIII-D, con il rosso più scuro che mostra dove viene convogliata la corrente più grande nel plasma. Questa figura è stata modellata con il codice ray-tracing TORAY-GA. Credito:Xi Chen, Centro nazionale di fusione DIII-D.
I ricercatori del DIII-D National Fusion Facility di San Diego hanno dimostrato un nuovo approccio per l'iniezione di microonde in un plasma di fusione che raddoppia l'efficienza di una tecnica critica che potrebbe avere importanti implicazioni per i futuri reattori a fusione. I risultati mostrano che il lancio delle microonde nel plasma tramite una nuova geometria offre miglioramenti sostanziali nell'azionamento della corrente del plasma.
Il Dr. Xi Chen presenterà i risultati del team all'incontro annuale della Divisione APS di Plasma Physics di questa settimana.
La costruzione di reattori a fusione economici in futuro richiederà di guidare la corrente elettrica in modo efficiente in regioni specifiche del plasma, una tecnica nota come azionamento della corrente fuori asse. La corrente elettrica migliora la stabilità del plasma contenuto magneticamente nei reattori a fusione a forma di ciambella noti come tokamak. La corrente consente al plasma di rimanere coeso poiché viene riscaldato a più di 150 milioni di gradi, dove gli atomi di idrogeno iniziano a fondersi e rilasciano grandi quantità di energia. Una delle tecniche per pilotare la corrente, noto come azionamento della corrente elettrone-ciclotrone (ECCD), utilizza microonde estremamente potenti per riscaldare gli elettroni nel plasma. Più efficientemente le microonde interagiscono con gli elettroni energetici, maggiore è la spinta di corrente nel plasma.
Le microonde ECCD venivano tradizionalmente iniettate dalla curva esterna del tokamak verso il cuore del plasma. Modellazione al computer recente presso DIII-D, però, l'efficienza prevista potrebbe essere sostanzialmente migliorata spostando il punto di iniezione verso la parte superiore del tokamak e dirigendolo con attenzione verso punti precisi lontano dal centro (Figura 1). Sulla base di tale modellazione, Il Dr. Chen ha guidato un team che ha progettato e installato un nuovo sistema che consente di iniettare le microonde dall'alto. Questa nuova configurazione di lancio superiore allinea la traiettoria delle microonde con il campo magnetico e la distribuzione di energia del plasma, in modo che le microonde interagiscano selettivamente solo con gli elettroni più energetici, raddoppiando l'efficienza della corrente di azionamento.
La previsione di raddoppiare l'efficienza dell'azionamento della corrente fuori asse a causa di uno smorzamento dell'energia delle onde più selettivo tramite un sistema ECCD di lancio dall'alto è stata convalidata da recenti esperimenti presso DIII-D. A sinistra è la previsione che utilizza il codice Fokker-Planck quasi lineare CQL3D ea destra le misurazioni. Credito:Xi Chen, Centro nazionale di fusione DIII-D
I risultati sperimentali sono stati sorprendenti in quanto strettamente allineati ai guadagni previsti dai modelli informatici (Figura 2).
"Avevo grandi aspettative di vedere miglioramenti basati sulla modellazione, ma siamo rimasti sorpresi da quanto chiaramente e rapidamente abbiamo raddoppiato l'efficienza nelle misurazioni reali, " ha affermato il Dr. Chen. "Siamo molto entusiasti di vedere questi risultati e pensiamo che questo potrebbe rivelarsi molto significativo." Questi risultati forniscono una convalida sperimentale dell'approccio ECCD di lancio superiore e potrebbero essere una considerazione importante nella pianificazione di futuri tokamak .
