Более медленное время отклика этих сверхпроводящих катушек создает проблему. Более медленный темп затрудняет работу стабильного разряда с большим объемом плазмы или увеличенной вертикальной высотой, необходимой для получения энергии термоядерного синтеза.
Изучение этой проблемы в современном сверхпроводящем устройстве особенно полезно для ИТЭР, международного термоядерного эксперимента, который строится во Франции и будет запущен в 2025 году.Передний край проблемы
На переднем крае этой проблемы управления находится устройство Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR), один из крупнейших сверхпроводящих токамаков в мире. Его сверхпроводники сделаны из ниобия и олова, того же проводника, который планируется использовать в ИТЭР.
Группа американских и корейских исследователей во главе с физиком Деннисом Мюллером из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) Министерства энергетики США (DOE) резко улучшила стабильность удлиненной плазмы в KSTAR, показав пример того, как решать аналогичные проблемы в других сверхпроводящих устройствах, таких как ИТЭР. Успешный метод контроля, продемонстрированный этим летом Мюллером и физиками из Национального исследовательского института термоядерного синтеза (NFRI) в Южной Корее и General Atomics в Сан-Диего, ограничивает годы усилий по контролю вертикальной нестабильности, которая позволяла плазме подпрыгивать и отскакивать вверх. вниз в вакуумный сосуд высотой 11 футов.«По мере того, как плазма становилась выше, она перестала работать стабильно», — сказал Мюллер на 59-м ежегодном собрании Отделения физики плазмы Американского физического общества в октябре. «Новый метод коррекции предотвращает подпрыгивание плазмы вверх и вниз за счет стабилизации вертикального центра плазмы. Контроль вертикальной нестабильности позволил использовать более высокую плазму в KSTAR, чем в исходных проектных спецификациях».
Доработанная электроникаКлючом к исправлению была модифицированная электроника для датчиков, которые обнаруживают магнитное поле плазмы, а также движение и положение плазмы.
Модифицированные датчики быстро отправляют управляющий сигнал, который может обеспечить обратную связь по вертикальному положению. В обратной связи используется катушка вертикального контроля (IVC) внутри сосуда, чтобы отодвинуть изменения в вертикальном положении и предотвратить прекращение плазмы. «Использование улучшенных сигналов датчиков критически важно для правильной работы системы управления», — сказал Мюллер.Для разработки и оптимизации новых магнитных датчиков потребовались коллективные усилия.
Электронику предоставили исследователи KSTAR Джун Гё Бак и Хынсу Ким. Руководили усилиями Мюллер и Санг Хи Хан из KSTAR.В дополнение к усовершенствованиям датчиков, Николас Эйдиетис из General Atomics разработал систему управления, которая различает быстрые и медленные изменения сигналов датчиков и направляет различные катушки в ответ на движение плазмы в разных временных масштабах.
Конечным результатом этой международной совместной работы является система управления, которая эффективно реагирует на движения плазмы, позволяя работать с более высокой плазмой, превышающей проектные требования KSTAR. Управление науки Министерства энергетики США (FES) поддержало эту совместную работу.
PPPL, расположенный в кампусе Форрестол Принстонского университета в Плейнсборо, штат Нью-Джерси, посвящен созданию новых знаний о физике плазмы — сверхгорячих заряженных газов — и разработке практических решений для создания термоядерной энергии. Лабораторией управляет Управление науки Университета Министерства энергетики США, которое является крупнейшим спонсором фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах и работает над решением некоторых из наиболее актуальных проблем современности.