Локализованная по краю мода (ELM) — это плазменная нестабильность , возникающая в краевой области плазмы токамака из-за периодических релаксаций краевого транспортного барьера в режиме с высоким ограничением . Каждый всплеск ELM связан с выбросом частиц и энергии из ограниченной плазмы в слой соскабливания. Это явление впервые наблюдалось в токамаке ASDEX в 1981 году. [1] Диамагнитные эффекты в уравнениях модели расширяют размер пространства параметров, в котором могут быть восстановлены решения повторяющихся пилообразных структур по сравнению с резистивной МГД- моделью. [2] ELM может вытеснять до 20 процентов энергии реактора. [3]
Проблемы
ELM представляет собой серьезную проблему в исследованиях магнитного синтеза с использованием токамаков, поскольку эти нестабильности могут:
- Повреждение компонентов стены (в частности, диверторных пластин) путем их абляции из-за их чрезвычайно высокой скорости передачи энергии (ГВт/м 2 ); [4]
- Потенциально связывают или вызывают другие нестабильности, такие как режим резистивной стенки (RWM) или неоклассический режим разрыва (NTM). [5]
Профилактика и контроль
Различные эксперименты/моделирования пытались смягчить ущерб от ELM. Методы включают:
- Применение резонансных магнитных возмущений (РМВ) с катушками тока внутри сосуда может устранить или ослабить ЭЛМ. [6]
- Введение гранул для увеличения частоты и, таким образом, уменьшения интенсивности всплесков ELM ( модернизация ASDEX ). [ необходима цитата ]
- Множество небольших ELM (000 с/с) в токамаках для предотвращения создания крупных, распространяя связанное с этим тепло на большую площадь и интервал [7]
- Увеличить плотность плазмы и, при высоких плотностях, отрегулировать топологию линий магнитного поля, ограничивающих плазму. [8]
История
В 2003 году DIII-D начал экспериментировать с резонансными магнитными возмущениями для управления ELM. [9]
В 2006 году была начата инициатива (Project Aster) по моделированию полного цикла ELM, включая его начало, крайне нелинейную фазу и его спад. Однако это не было «истинным» циклом ELM, поскольку истинный цикл ELM потребовал бы моделирования медленного роста после краха, чтобы создать второй ELM.
По состоянию на конец 2011 года несколько исследовательских установок продемонстрировали активный контроль или подавление ELM в плазме токамака. Например, токамак KSTAR использовал определенные асимметричные трехмерные конфигурации магнитного поля для достижения этой цели. [10] [11]
В 2015 году были опубликованы результаты первого моделирования, демонстрирующие повторяющуюся цикличность ELM. [12]
В 2022 году исследователи начали проверять гипотезу малого ELM в JET, чтобы оценить полезность этой методики. [7] [3]
Смотрите также
Ссылки
- ^ F., Wagner; AR, Field; G., Fussmann; JV, Hofmann; ME, Manso; O., Vollmer; José, Matias (1990). «Последние результаты исследований H-режима на ASDEX». 13-я Международная конференция по физике плазмы и управляемому ядерному синтезу : 277–290. hdl :10198/9098.
- ^ Halpern, FD; Leblond, D; Lütjens, H; Luciani, JF (2010-11-30). "Режимы колебаний внутренней моды изгиба в плазме токамака". Plasma Physics and Controlled Fusion . 53 (1): 015011. doi :10.1088/0741-3335/53/1/015011. ISSN 0741-3335. S2CID 122868427.
- ^ ab Choi, Charles Q. (20 октября 2022 г.). «Управляемый хаос может быть ключом к неограниченной чистой энергии». Inverse . Получено 2022-10-26 .
- ^ Ли, Крис (13 сентября 2018 г.). «Третье измерение помогает реактору синтеза токамак избежать неустойчивости, разрушающей стенки». Ars Technica . Получено 17 сентября 2018 г.
- ^ Леонард, AW (11 сентября 2014 г.). "Реберно-локализованные моды в токамаках". Physics of Plasmas . 21 (9): 090501. Bibcode : 2014PhPl...21i0501L. doi : 10.1063/1.4894742. OSTI 1352343.
- ^ TE Evans; et al. (2008). "Подавление RMP ELM в плазме DIII-D с формами и столкновениями, аналогичными ITER". Nucl. Fusion . 92 (48): 024002. Bibcode :2008NucFu..48b4002E. doi :10.1088/0029-5515/48/2/024002. hdl : 11858/00-001M-0000-0026-FFB5-4 . S2CID 54039023.
- ^ ab Harrer, GF; Faitsch, M.; Radovanovic, L.; Wolfrum, E.; Albert, C.; Cathey, A.; Cavedon, M.; Dunne, M.; Eich, T.; Fischer, R.; Griener, M.; Hoelzl, M.; Labit, B.; Meyer, H.; Aumayr, F. (2022-10-10). "Квазинепрерывный сценарий выхлопа для термоядерного реактора: Возрождение малых локализованных мод края". Physical Review Letters . 129 (16): 165001. arXiv : 2110.12664 . Bibcode : 2022PhRvL.129p5001H. doi : 10.1103/PhysRevLett.129.165001. PMID 36306746. S2CID 239768831.
- ^ «Нестабильность термоядерного реактора можно оптимизировать, регулируя плотность плазмы и магнитные поля». Physics World . 4 ноября 2022 г.
- ^ TE Evans; и др. (2004). "Подавление больших локализованных на краю мод в плазме DIII-D с высоким ограничением и стохастической магнитной границей". Physical Review Letters . 92 (23): 235003. Bibcode : 2004PhRvL..92w5003E. doi : 10.1103/PhysRevLett.92.235003. PMID 15245164.
- ^ Квон, Ынхи (2011-11-10). "KSTAR объявляет об успешном подавлении ELM" . Получено 2011-12-11 .
- ^ Park, Jong-Kyu; Jeon, YoungMu; In, Yongkyoon; Ahn, Joon-Wook; Nazikian, Raffi; Park, Gunyoung; Kim, Jaehyun; Lee, HyungHo; Ko, WonHa; Kim, Hyun-Seok; Logan, Nikolas C.; Wang, Zhirui; Feibush, Eliot A.; Menard, Jonathan E.; Zarnstroff, Michael C. (10.09.2018). "Управление фазовым пространством 3D-поля в плазме токамака". Nature Physics . 14 (12): 1223–1228. Bibcode : 2018NatPh..14.1223P. doi : 10.1038/s41567-018-0268-8. ISSN 1745-2473. ОСТИ 1485109. S2CID 125338335.
- ^ Orain, François; Bécoulet, M; Morales, J; Huijsmans, GTA; Dif-Pradalier, G; Hoelzl, M; Garbet, X; Pamela, S; Nardon, E (2014-11-28). "Нелинейное МГД-моделирование циклов локализованных на краю мод и их смягчение резонансными магнитными возмущениями" (PDF) . Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез . 57 (1): 014020. doi :10.1088/0741-3335/57/1/014020. ISSN 0741-3335. S2CID 44243673.
Дальнейшее чтение
- Kirk, A; Liu, Yueqiang; Chapman, IT; Harrison, J; Nardon, E; Scannell, R; Thornton, AJ (2013-03-06). "Влияние резонансных магнитных возмущений на ELM в связанной двойной нулевой плазме в MAST". Plasma Physics and Controlled Fusion . 55 (4): 045007. arXiv : 1303.0146 . Bibcode :2013PPCF...55d5007K. doi :10.1088/0741-3335/55/4/045007. ISSN 0741-3335. S2CID 119208710.
- Тала, Туомас; Гарбет, Ксавье (2006). «Физика внутренних транспортных барьеров» (PDF) . Comptes Rendus Physique . 7 (6): 622–633. Бибкод : 2006CRPhy...7..622T. doi : 10.1016/j.crhy.2006.06.005 – через Elsevier Science Direct .