作者约翰·格林沃尔德，普林斯顿等离子体物理实验室 物理学家弗洛里安·拉格纳站在DIII-D托卡马克前，手里拿着他论文中的一个图形
信用:照片由亚历山德罗博尔托隆
艾丽·斯塔克曼/PPPL通信办公室综合
物理学家弗洛里安·拉格纳站在DIII-D托卡马克前，手里拿着他论文中的一个图形
(亚历山德罗·博尔托隆摄
Elle Starkman合成
) 在托卡马克聚变设施中复制为太阳和恒星提供能量的聚变能的所有努力都必须应对一个持续的问题——瞬时热爆发会停止聚变反应并损坏环形托卡马克
这些被称为边缘局域模(ELMs)的爆发发生在热的带电等离子体气体的边缘，当它进入高速以促进聚变反应时
为了防止这种爆发，研究人员在美国通用原子公司运营的DIII-D国家聚变设施
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美国能源部(DOE)之前率先提出了一种方法，将微小的磁场波纹注入等离子体，使热量可控地泄漏出去
现在，美国能源部下属的普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的科学家们已经开发出一种控制方案，可以优化这些领域的水平，从而在没有电化学发光二极管的情况下获得最大的性能
抑制ELMs的途径 这项研究由PPPL物理学家弗洛里安·拉格纳领导，由美国能源部科学办公室资助，在圣地亚哥的直接投资研究所开发了这个方案
拉格纳说，这种方法与遗传工程和其他合作机构的研究人员一起，揭示了一条在法国正在建造的国际托卡马克ITER上抑制ELMs和最大化聚变能的途径，该托卡马克旨在展示聚变能的实用性
“我们展示了一条前进的道路，一条可以实现的道路，”拉格纳说，他是一篇报道核聚变发现的论文的主要作者
聚变通过以等离子体的形式结合轻元素来为太阳和恒星提供能量，等离子体是由自由电子和原子核组成的带电物质的热状态，构成了可见宇宙的99%，从而产生大量能量
世界各地的科学家都在寻求利用核聚变来产生一种几乎取之不尽的安全清洁的电力
演示的技术使用了DIII-D等离子体控制系统的扩展能力，以解决优化聚变能量和控制ELMs之间的内在冲突
该方案侧重于“基座”，即靠近托卡马克边缘的薄而致密的等离子体层，它增加了等离子体的压力，从而增加了聚变功率
然而，如果基座长得太高，它会因突然坍塌而产生ELM热爆发
因此，关键是控制基座的高度，以最大限度地提高融合能力，同时防止该层变得太高，从而触发ELMs
这种结合要求对过程进行实时控制
“你不能只是预先编程一些恒定的方案，因为等离子体和壁条件可能会发生变化，”普林斯顿大学机械和航空航天工程助理教授、监督该项目的PPPL物理学家埃杰门·科勒曼说
“控制必须提供实时调整
" 稳定ELM抑制 开发的系统在磁干扰的最小幅度或大小上产生了ELM抑制
它进一步减小了振幅，以允许部分恢复在该过程中失去的限制，从而实现稳定的ELM抑制和高融合性能
该论文的合著者、遗传算法物理学家卡洛斯·帕斯-索尔丹说:“拉格纳和他的同事们已经组装了一套令人印象深刻的控制工具来实时调节核心和边缘等离子体的稳定性。”
“像这项工作中首创的技术那样的某种自适应控制可能是调节ITER等离子体边缘稳定性所必需的
" 虽然国际设施不会简单地应用PPPL和通用汽车公司开发的控制系统，但它必须创造自己的方法来处理环境管理和监测系统
事实上，“在未来的设备中，如ITER，主动控制方案将使[聚变增益最大化的安全运行成为可能，”作者说
此外，他们补充说，在国内直接投资基础设施项目上实施这样一个方案提供了原则证明，并“指导未来的发展”
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