科学家开发了测量聚变等离子体无线电波的新工具

Phys · 科学 · 07月14日
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物理学家格兰特 Rutherford和他的论文中的图片。资料来源: Natalie Rugg , Elle Starkman / Office of Communications的拼贴。

科学家们试图将驱动太阳和恒星的融合能量带到地球上,他们使用射频波(RF)加热和驱动等离子体中的电流,从而推动融合反应。科学家们现在开发了一种路径设置方法,以测量可以用来验证其影响预测的波,为未来可能导致从融合到地球的强化实验奠定了基础。

潜在突破

美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的研究人员领导的潜在突破,可能会导致国家球形托卡马克实验升级(NSTX - U)的后续实验, PPPL的旗舰聚变实验正在修复,以及世界各地的其他聚变设施。麻省理工学院(MIT)一年级研究生格兰特 Rutherford说: "如果我们的方法被证明是有效的,它将是许多聚变反应堆的一个非常有用的工具。 "他是PPPL 布朗大学DOE科学本科生实验室实习生(SULI)在《科学仪器评论》(Review of Scientifs Instruments)中的主要作者。

预测射频波影响的关键是测量波动或波动,它们在聚变等离子体的密度中产生。 Rutherford说: "一旦我们有了这些波动,我们就可以反向工作,看看那些射频场是什么造成了波动。 "

然而,射频波的高频导致摆动发生得太快,无法测量。因此,研究人员通过在不同频率发射两波来创建"拍波" ,这种技术可以产生可测量的摆动。 Rutherford解释说: "如果我们能够创建拍波波动并测量它,我们将有一个新的工具来验证射频加热和电流驱动的预测。 "

PPL物理学家尼古拉·贝尔泰利(Nicola Bertelli)是这篇论文的合着者,他说,这种测量将带来广泛的好处。例如,它们可以促进对射频波执行器性能的研究,并可以验证整个聚变社区开发的射频计算工具。此外,威斯康星大学物理学家、论文合着者大卫 史密斯说, "我们的计算提供了对该技术的初步评估,并激励了对NSTX - U的后续实验。 "

聚变反应以等离子体的形式结合了轻元素-由自由电子和原子核组成的物质的热带电状态,占可见宇宙的99% -以产生大量的能源。在地球上复制和控制这一过程将创造几乎无穷无尽的安全和清洁的电力供应,以发电。聚变可能成为美国从化石燃料向低碳发电来源过渡的主要原因。

测试该技术

Rutherford和他的合着者测试了他们的技术,他们创建了一个2D光束发射光谱(BES)诊断的合成版本,以评估模拟射频注入等离子体中的情况。他们的目的是了解和提高测量产生摆动的射频场波的能力。

展望未来, "我们希望通过提高我们的测量能力,我们将提高我们理解加热和电流驱动过程的能力,但我们将把这一点留给未来的工作, " Rutherford说。这项工作还可以表明,基于科学家模型的BES诊断是否可以测量实际聚变等离子体中的密度波动,或者其他一些诊断是否能更好地完成关键工作。

普林斯顿大学

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