Forskare vid Princeton Plasma Physics Laboratory har identifierat plasmarotation som den avgörande faktorn för varför partiklar i fusionstokamaker träffar ena sidan av avgassystemet mer än den andra. Deras simuleringar, som stämde överens med verkliga experiment, kombinerade rotation med sidledsdrift. Upptäckten kan förbättra designen för framtida fusionsreaktorer.
Fusionsexperiment i tokamaker har länge förbryllat forskare med en obalans i divertorn, det avgassystem där undflyende plasmapartiklar träffar metallplattor. Betydligt fler partiklar träffar det inre divertormålet än det yttre, vilket försvårar utformningen av värmebeständiga komponenter i reaktorer som är tänkta att generera elektricitet från atomfusion. Tidigare modeller som endast förlitade sig på tvärfältsdrifter – partiklars rörelse i sidled över magnetiska linjer – misslyckades med att återskapa detta mönster som observerats i experiment. Genombrottet kom genom att inkludera toroidell rotation, plasmans cirkulära rörelse runt tokamaken. Eric Emdee, biträdande forskningsfysiker vid det amerikanska energidepartementets Princeton Plasma Physics Laboratory, ledde studien som publicerades i Physical Review Letters. Genom att använda SOLPS-ITER-koden simulerade teamet förhållanden i DIII-D-tokamaken i Kalifornien. De testade scenarier genom att aktivera och inaktivera drifter och rotation, och fann att data endast stämde överens när de inkluderade kärnans rotationshastighet på 88,4 kilometer per sekund tillsammans med drifter. Emdee förklarade: 'Det finns två komponenter i flödet i ett plasma... parallellt flöde, drivet av den roterande kärnan, är lika viktigt.' Teamet, som inkluderade forskare från PPPL, MIT och North Carolina State University, betonade kopplingen mellan kärnrotation och partikelbeteende vid kanten. Denna förståelse kommer att bidra till att bygga hållbara divertorer för praktiska fusionssystem, med stöd från energidepartementets Office of Fusion Energy Sciences.
