美国物理学会
突出排气进入偏滤器区域的托卡马克概图
放大区域显示了偏滤器的狭窄几何形状和实验中的摄像机视图
来自实验的图像显示，在粉末注射过程中，热通量降低，表明在粉末注射过程中热通量降低
信用:F
普林斯顿等离子体物理实验室
麻省理工学院威尔克斯 未来的聚变反应堆有一个难题:维持一个比太阳表面更热的等离子体核心，而不熔化包含等离子体的壁
聚变科学家将这一挑战称为“核心-边缘集成”
“在通用原子公司DIII-D国家聚变设施工作的研究人员最近用两种方法解决了这个问题:第一种方法旨在使聚变堆芯变得更热，而第二种方法侧重于冷却到达壁面的材料
保护面向等离子体的组件可以使它们持续更长时间，使未来的聚变发电厂更具成本效益
就像更熟悉的内燃机一样，聚变研究中使用的容器在运行过程中必须排出热量和颗粒
像汽车的排气管一样，这个出口通道被设计用来处理高热负荷和物料负荷，但仅限于特定的范围内
减少来自等离子体核心热量的一个关键策略是将杂质——比大部分氢等离子体重的粒子——注入排气区域
这些杂质有助于在等离子体撞击墙壁之前去除等离子体中多余的热量，有助于面向等离子体的材料持续更长时间
然而，这些相同的杂质会回到正在发生聚变反应的区域，降低反应堆的整体性能
过去的杂质注入实验依赖于气体杂质
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能源部普林斯顿等离子体物理实验室实验了由硼、氮化硼和锂组成的粉末的注入(图1)
使用粉末而不是气体有几个优点
它允许更大范围的潜在杂质，这些杂质也可以变得更纯，并且不太可能与等离子体发生化学反应
在DIII-D上使用粉末注射的实验旨在冷却等离子体的边界，同时保持等离子体核心的热量
测量显示，在产热过程中，聚变性能仅略有下降
这张偏滤器温度下的等离子体性能图显示了超高模等离子体中芯边积分的进展
黑色数据点是标准的超级H模式，没有引入外部杂质，而粉色数据点注入氮气以冷却偏滤器，并与左上角绿色阴影的目标核心-边缘积分目标区域重叠
信用:F
普林斯顿等离子体物理实验室
麻省理工学院威尔克斯 这些实验开发了一种平衡的方法，实现了显著的边缘冷却，对核心性能的影响很小
在未来的反应堆设计中加入粉末注射或使用超级氢模式，可以使反应堆保持高水平的聚变性能，同时延长排出废热的偏滤器表面的寿命
两组实验结果，加上理论模拟，表明这些方法将与更大的装置兼容，如ITER，法国正在建造的国际托卡马克，并将促进未来聚变发电厂的堆芯边缘集成
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