美國能源部 (DOE) 普林斯頓等離子體物理實驗室 (PPPL) 的研究人員展示了如何將兩種舊方法結合起來，為管理聚變等離子體提供更大的靈活性。

這項研究是開發一系列管理聚變等離子體方法以使其可用于發電的持續探索的一部分。

雖然電子回旋電流驅動 (ECCD) 和應用共振磁擾動 (RMP) 這兩種方法已經被研究了很長時間，但這是研究人員首次模擬如何將它們一起使用來增強等離子體控制。

“這是一個新想法，”PPPL 的研究物理學家、該研究的主要作者 Qiming Hu 說。

“全部功能仍在研究中，但我們的論文在加深我們對潛在好處的理解方面做得很好。”

該研究發表在《核聚變》雜志上。

利用聚變等離子體發電

最終，科學家希望利用聚變等離子體來發電。

首先，他們需要克服幾個障礙，包括完善最小化等離子體粒子爆發的方法，即所謂的邊緣局域模式(ELM)。

“這些爆發會定期釋放一點壓力，因為壓力太大了。但這些爆發可能是危險的，”胡說。

ELM 可以終止聚變等離子體反應，甚至損壞托卡馬克，因此研究人員開發了許多方法來嘗試避免它們。

PPPL 首席研究物理學家 Alessandro Bortolon 解釋道：“我們發現避免這些問題的最佳方法是應用共振磁擾動 (RMP)，從而產生額外的磁場。”

磁場產生島嶼

托卡馬克最初施加的磁場圍繞環形等離子體纏繞，包括長距離(圍繞外邊緣)和短距離(從外邊緣穿過中心孔)。

RMP 產生的附加磁場穿過等離子體，像下水道的縫線一樣穿進穿出。這些場在聚變等離子體中產生橢圓形或圓形磁場，稱為磁島。

通常，等離子體中的島嶼是不好的。如果島嶼太大，那么等離子體本身就會被破壞。

然而，研究人員通過實驗已經知道，在某些條件下，這些島嶼可能是有益的。

困難的部分是生成足夠大的 RMP 來生成島嶼。這就是 ECCD 的用武之地，它基本上是微波束注入。研究人員發現，在聚變等離子體邊緣添加 ECCD 可以降低生成制造島嶼所需的 RMP 所需的電流量。

“我們的模擬加深了我們對游戲中互動的理解，”胡說。

“當 ECCD 以與等離子體中電流相同的方向添加時，島的寬度減小，基座壓力增加。

“在相反方向應用 ECCD 會產生相反的結果，島寬度增加，基座壓力下降或促進島打開。”

在邊緣而不是核心應用 ECCD

這項研究還值得注意，因為 ECCD 被添加到等離子體的邊緣，而不是通常使用的核心。

胡解釋說：“通常，人們認為在聚變等離子體邊緣應用局部 ECCD 是有風險的，因為微波可能會損壞容器內的組件。

“我們已經證明這是可行的，并且我們已經證明了該方法的靈活性。這可能為設計未來設備開辟新途徑。”

這項模擬工作最終可以通過降低生成 RMP 所需的電流量來降低未來商業規模聚變裝置中聚變能生產的成本。