美国物理学会
显示失控缓解线圈操作的合成图像
线圈显示为叠加在托卡马克真空容器上的粗红线(由淡蓝色阴影显示)
右边的插图显示了由线圈中由干扰感应的电流驱动的扰动电流
左边的插入显示了由此创建的随机场结构
在这一领域，电子不受限制，并迅速丢失
学分:达伦·加尼尔，麻省理工学院 在迈向实用聚变能的竞赛中，托卡马克(环形等离子体装置)是领先的概念——它们比任何其他配置都实现了更好的限制和更高的等离子体温度
两个主要的磁场被用来容纳等离子体:由外部线圈产生的环形磁场(沿着圆环的轴)和在等离子体中流动的环形电流产生的磁场
然而，托卡马克的性能有一个致命的弱点——可能会被破坏，等离子体电流的不稳定性会导致等离子体的突然终止
由于等离子体电流为托卡马克提供了平衡和限制，驯服干扰的挑战必须得到解决
随着等离子体电流和等离子体能量的增加，破坏会造成更多的损害
因此，对于最新、最强大的机器，如SPARC托卡马克，它们是一个特别重要的关注点
SPARC是一个紧凑的高磁场托卡马克，由麻省理工学院和联邦聚变系统的联合团队设计，处于早期建造阶段
据预测，SPARC等离子体产生的能量是维持其2.5亿华氏度温度所需能量的10倍以上
所有这种性能等级的托卡马克都必须制定策略来保护机器免受干扰
然而，一个解决方案可能就在眼前
在教授的一个理论观点的推动下
哥伦比亚大学的艾伦·布泽尔说，SPARC的设计包括一种创新的新线圈结构，这种结构保证了完全被动的保护，免受失控电子的威胁
当托卡马克破裂时，等离子体电流在几毫秒内消失
物理学中一个叫做法拉第定律的基本原理告诉我们，电流的这种变化会在试图维持消失电流的方向上感应出电场
随着等离子体坍缩，在附近的任何其他导电材料中感应出电流
它可以被转移到包围等离子体的金属真空容器中，或者转移到等离子体崩溃后留下的大量热电子中
事实证明，后一个过程可以迅速产生大量以光速运行的相对论电子
这些在相对论性“失控”电子中包含数百万安培电流的光束，有可能对容器中面向等离子体的材料造成严重损害
对于像SPARC或ITER这样的机器来说，这种情况是一个主要问题，法国正在建造的国际托卡马克，似乎很难缓解
新线圈由干扰本身提供能量(通过法拉第定律)，通过在磁场结构中引入非轴对称扰动来解决这种情况
当破坏开始时，这种扰动破坏了对称性，破坏了限制，并通过提供一种安全机制来保护机器，该机制在热电子被加速到相对论速度之前快速移除它们
这种扰动只有在线圈被中断期间感应的电场激励时才会增大，因此在正常运行期间，保持了托卡马克特有的良好限制
科学家首次使用一套强大的计算机代码来分析这种线圈的激励、等离子体的响应以及由此产生的扰动对快速粒子的影响
这些结果将在APS-DPP会议的特邀演讲中展示，证实了这种方法的可行性
线圈的概念设计已经完成，接下来将进行进一步的分析
这些将集中于详细的机械、热和电气工程，以及线圈必须在其中运行的核环境所强加的考虑
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