Краевой режим

Краевая локализованная мода (ELM) — это неустойчивость плазмы , возникающая в краевой области токамака плазмы из-за периодических релаксаций краевого транспортного барьера в режиме высокого ограничения . Каждый всплеск ЭЛМ связан с выбросом частиц и энергии из удерживаемой плазмы в соскребающий слой. Впервые это явление наблюдалось на токамаке ASDEX в 1981 году. ^[1] Диамагнитные эффекты в уравнениях модели расширяют размер пространства параметров, в котором могут быть восстановлены решения повторяющихся пилообразных элементов, по сравнению с резистивной МГД- моделью. ^[2] ELM может выделять до 20 процентов энергии реактора. ^[3]

Проблемы

ELM является серьезной проблемой в исследованиях магнитного термоядерного синтеза с использованием токамаков, поскольку эти нестабильности могут:

Повредите компоненты стен (в частности, диверторные пластины), удалив их из-за чрезвычайно высокой скорости передачи энергии (ГВт/м2). ²); ^[4]
Потенциально сочетаются или вызывают другие нестабильности, такие как режим резистивной стенки (RWM) или неоклассический режим разрыва (NTM). ^[5]

Профилактика и контроль

Различные эксперименты/моделирования пытались смягчить ущерб от ELM. Методы включают в себя:

Применение резонансных магнитных возмущений (RMP) с внутрикорпусными токоведущими катушками может устранить или ослабить ELM. ^[6]
Введение гранул для увеличения частоты и тем самым уменьшения серьезности всплесков ELM ( обновление ASDEX ). ^{[ нужна ссылка ]}
Множественные мелкие ELM (000 с/с) в токамаках для предотвращения создания крупных, распространяющих связанное с ними тепло на большую площадь и интервал. ^[7]
плазмы Увеличьте плотность и, при высоких плотностях, скорректируйте топологию силовых линий магнитного поля, удерживающих плазму. ^[8]

История

В 2003 году DIII-D начал экспериментировать с резонансными магнитными возмущениями для управления ELM. ^[9]

В 2006 году была начата инициатива (Проект Астер) по моделированию полного цикла ELM, включая его начало, сильно нелинейную фазу и его затухание. Однако это не представляло собой «истинный» цикл ELM, поскольку настоящий цикл ELM потребовал бы моделирования медленного роста после краха, чтобы создать второй ELM.

По состоянию на конец 2011 года несколько исследовательских центров продемонстрировали активный контроль или подавление ELM в плазме токамака. Например, токамак KSTAR для достижения этой цели использовал особые асимметричные конфигурации трехмерного магнитного поля. ^[10]^[11]

В 2015 году были опубликованы результаты первого моделирования, демонстрирующего повторяющуюся езду на велосипеде ELM. ^[12]

В 2022 году исследователи начали проверять гипотезу малого ELM в JET, чтобы оценить полезность этого метода. ^[7]^[3]

См. также

Резонансные магнитные возмущения , используемые для управления ELM.
Нестабильность плазмы
Токамак

Ссылки

^ Ф., Вагнер; АР, Поле; Г., Фуссманн; СП, Хофманн; Я, Мансо; О., Фоллмер; Хосе, Матиас (1990). «Последние результаты исследований H-режима ASDEX». 13-я Международная конференция по физике плазмы и управляемому ядерному синтезу : 277–290. hdl : 10198/9098 .
^ Халперн, Федеральный округ; Леблон, Д; Лютьенс, Х; Лучани, Дж. Ф. (30 ноября 2010 г.). «Режимы колебаний внутренней кинковой моды в плазме токамака». Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез . 53 (1): 015011. doi : 10.1088/0741-3335/53/1/015011 . ISSN 0741-3335 . S2CID 122868427 .
^ Jump up to: ^а ^б Чой, Чарльз К. (20 октября 2022 г.). «Управляемый хаос может стать ключом к неограниченной чистой энергии» . Инверсия . Проверено 26 октября 2022 г.
^ Ли, Крис (13 сентября 2018 г.). «Третье измерение помогает термоядерному реактору Токамак избежать нестабильности, разрушающей стенки» . Арс Техника . Проверено 17 сентября 2018 г.
^ Леонард, AW (11 сентября 2014 г.). «Ребро-локализованные моды в токамаках». Физика плазмы . 21 (9): 090501. Бибкод : 2014PhPl...21i0501L . дои : 10.1063/1.4894742 . ОСТИ 1352343 .
^ Т. Э. Эванс; и др. (2008). «Подавление RMP ELM в плазме DIII-D с ИТЭР, аналогичной форме и столкновению» . Нукл. Слияние . 92 (48): 024002. Бибкод : 2008NucFu..48b4002E . дои : 10.1088/0029-5515/48/2/024002 . hdl : 11858/00-001M-0000-0026-FFB5-4 . S2CID 54039023 .
^ Jump up to: ^а ^б Харрер, Г.Ф.; Файч, М.; Радованович Л.; Вольфрум, Э.; Альберт, К.; Кэти, А.; Каведон, М.; Данн, М.; Эйх, Т.; Фишер, Р.; Гринер, М.; Хёльцль, М.; Лабит, Б.; Мейер, Х.; Аумайр, Ф. (10 октября 2022 г.). «Сценарий квазинепрерывного выхлопа для термоядерного реактора: возрождение локализованных мод с малой кромкой» . Письма о физических отзывах . 129 (16): 165001. arXiv : 2110.12664 . Бибкод : 2022PhRvL.129p5001H . doi : 10.1103/PhysRevLett.129.165001 . ПМИД 36306746 . S2CID 239768831 .
^ «Нестабильность термоядерного реактора можно оптимизировать, регулируя плотность плазмы и магнитные поля» . Мир физики . 4 ноября 2022 г.
^ Т. Э. Эванс; и др. (2004). «Подавление крупных краевых мод в плазме DIII-D высокого ограничения со стохастической магнитной границей» . Письма о физических отзывах . 92 (23): 235003. Бибкод : 2004PhRvL..92w5003E . doi : 10.1103/PhysRevLett.92.235003 . ПМИД 15245164 .
^ Квон, Ынхи (10 ноября 2011 г.). «KSTAR объявляет об успешном подавлении ELM» . Проверено 11 декабря 2011 г.
^ Пак, Чон Кю; Чон, ЁнМу; Ин, Ёнкюн; Ан, Джун-Ук; Назикян, Раффи; Пак, Гунён; Ким, Джэхён; Ли, Хён Хо; Ко, ВонХа; Ким, Хён Сок; Логан, Николас К.; Ван, Жируй; Фейбуш, Элиот А.; Менар, Джонатан Э.; Зарнстрофф, Майкл К. (10 сентября 2018 г.). «Управление фазовым пространством трехмерного поля в плазме токамака». Физика природы . 14 (12): 1223–1228. Бибкод : 2018NatPh..14.1223P . дои : 10.1038/s41567-018-0268-8 . ISSN 1745-2473 . ОСТИ 1485109 . S2CID 125338335 .
^ Орен, Фрэнсис; Бекуле, М; Моралес, Дж; Хейсманс, GTA; Дифф-Прадалье, Ж; Хёльцль, М; Гарбет, X; Памела, С; Нардон, Э. (28 ноября 2014 г.). «Нелинейное МГД-моделирование циклов мод с краевой локализацией и смягчение их последствий за счет резонансных магнитных возмущений» (PDF) . Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез . 57 (1): 014020. doi : 10.1088/0741-3335/57/1/014020 . ISSN 0741-3335 . S2CID 44243673 .

Дальнейшее чтение

Кирк, А; Лю, Юэцян; Чепмен, IT; Харрисон, Дж; Нардон, Э; Сканнелл, Р; Торнтон, Эй Джей (6 марта 2013 г.). «Влияние резонансных магнитных возмущений на ELM в связанной двойной нулевой плазме в MAST». Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез . 55 (4): 045007.arXiv : 1303.0146 . Бибкод : 2013PPCF...55d5007K . дои : 10.1088/0741-3335/55/4/045007 . ISSN 0741-3335 . S2CID 119208710 .
Тала, Томас; Гарбет, Ксавье (2006). «Физика внутренних транспортных барьеров» (PDF) . Физическая дебиторская задолженность . 7 (6): 622–633. Бибкод : 2006CRPhy...7..622T . doi : 10.1016/j.crhy.2006.06.005 – через Elsevier Science Direct .

[1] Ф., Вагнер; АР, Поле; Г., Фуссманн; СП, Хофманн; Я, Мансо; О., Фоллмер; Хосе, Матиас (1990). «Последние результаты исследований H-режима ASDEX». 13-я Международная конференция по физике плазмы и управляемому ядерному синтезу : 277–290. hdl : 10198/9098 .

[2] Халперн, Федеральный округ; Леблон, Д; Лютьенс, Х; Лучани, Дж. Ф. (30 ноября 2010 г.). «Режимы колебаний внутренней кинковой моды в плазме токамака». Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез . 53 (1): 015011. doi : 10.1088/0741-3335/53/1/015011 . ISSN 0741-3335 . S2CID 122868427 .

[:0-3] Jump up to: ^а ^б Чой, Чарльз К. (20 октября 2022 г.). «Управляемый хаос может стать ключом к неограниченной чистой энергии» . Инверсия . Проверено 26 октября 2022 г.

[4] Ли, Крис (13 сентября 2018 г.). «Третье измерение помогает термоядерному реактору Токамак избежать нестабильности, разрушающей стенки» . Арс Техника . Проверено 17 сентября 2018 г.

[5] Леонард, AW (11 сентября 2014 г.). «Ребро-локализованные моды в токамаках». Физика плазмы . 21 (9): 090501. Бибкод : 2014PhPl...21i0501L . дои : 10.1063/1.4894742 . ОСТИ 1352343 .

[6] Т. Э. Эванс; и др. (2008). «Подавление RMP ELM в плазме DIII-D с ИТЭР, аналогичной форме и столкновению» . Нукл. Слияние . 92 (48): 024002. Бибкод : 2008NucFu..48b4002E . дои : 10.1088/0029-5515/48/2/024002 . hdl : 11858/00-001M-0000-0026-FFB5-4 . S2CID 54039023 .

[:1-7] Jump up to: ^а ^б Харрер, Г.Ф.; Файч, М.; Радованович Л.; Вольфрум, Э.; Альберт, К.; Кэти, А.; Каведон, М.; Данн, М.; Эйх, Т.; Фишер, Р.; Гринер, М.; Хёльцль, М.; Лабит, Б.; Мейер, Х.; Аумайр, Ф. (10 октября 2022 г.). «Сценарий квазинепрерывного выхлопа для термоядерного реактора: возрождение локализованных мод с малой кромкой» . Письма о физических отзывах . 129 (16): 165001. arXiv : 2110.12664 . Бибкод : 2022PhRvL.129p5001H . doi : 10.1103/PhysRevLett.129.165001 . ПМИД 36306746 . S2CID 239768831 .

[8] «Нестабильность термоядерного реактора можно оптимизировать, регулируя плотность плазмы и магнитные поля» . Мир физики . 4 ноября 2022 г.

[Evans-2004-9] Т. Э. Эванс; и др. (2004). «Подавление крупных краевых мод в плазме DIII-D высокого ограничения со стохастической магнитной границей» . Письма о физических отзывах . 92 (23): 235003. Бибкод : 2004PhRvL..92w5003E . doi : 10.1103/PhysRevLett.92.235003 . ПМИД 15245164 .

[KSTAR-2011-10] Квон, Ынхи (10 ноября 2011 г.). «KSTAR объявляет об успешном подавлении ELM» . Проверено 11 декабря 2011 г.

[11] Пак, Чон Кю; Чон, ЁнМу; Ин, Ёнкюн; Ан, Джун-Ук; Назикян, Раффи; Пак, Гунён; Ким, Джэхён; Ли, Хён Хо; Ко, ВонХа; Ким, Хён Сок; Логан, Николас К.; Ван, Жируй; Фейбуш, Элиот А.; Менар, Джонатан Э.; Зарнстрофф, Майкл К. (10 сентября 2018 г.). «Управление фазовым пространством трехмерного поля в плазме токамака». Физика природы . 14 (12): 1223–1228. Бибкод : 2018NatPh..14.1223P . дои : 10.1038/s41567-018-0268-8 . ISSN 1745-2473 . ОСТИ 1485109 . S2CID 125338335 .

[12] Орен, Фрэнсис; Бекуле, М; Моралес, Дж; Хейсманс, GTA; Дифф-Прадалье, Ж; Хёльцль, М; Гарбет, X; Памела, С; Нардон, Э. (28 ноября 2014 г.). «Нелинейное МГД-моделирование циклов мод с краевой локализацией и смягчение их последствий за счет резонансных магнитных возмущений» (PDF) . Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез . 57 (1): 014020. doi : 10.1088/0741-3335/57/1/014020 . ISSN 0741-3335 . S2CID 44243673 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]