Close control of plasma rotation improves stability in fusion reactors / Chiudere il controllo di rotazione del plasma migliora la stabilità nei reattori a fusione nucleare.
maintaining stability in fusion plasmas – such as this one inside a spherical reactor in the UK – will be vital to maximising energy output
A real-time map of plasma stability could be key to maximising power output in nuclear fusion
Keeping a nuclear fusion plasma stable is probably the most important aspect of controlling these potential future energy sources. In the type of reactor under te most intense investigation around the world, plasmas are heated to millions of degrees centigrade and induced to circulate at high speeds around doughnut-shaped reactor vessels. But if the plasma becomes unstable, it can collide with the interior walls of the reactor, which reduces the plasma temperature – stopping the fusion reactions – and also damages the reactor walls.
Previous plasma physics theory held that making the plasma rotate would keep it stable. However, Jack Berkery and Steve Sabbagh of Columbia University, who work at the Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) in San Jose, California, have discovered that the situation is more complicated. While some plasmas become unstable if they rotate too fast, others are stable at much lower rotation speeds. The key is to keep the rotation and another property, known as collisionality, within a favourable range, they say. Collisionality, which relates to the frequency with which particles bounce off each other, was thought to reduce stability as it rises, but this is not the case according to Berkery and Sabbagh.
The researchers have developed a “stability map” that allows a plasma to be monitored in real-time. The map plots collisionality against rotation, to a 1000th of a second resolution, and determines how close it is to instability. One such map, created in experiments at the National Spherical Torus Experiment (NSTX) at PPPL, is shown above. Over time, collisionality decreases and rotation increases, leading the plasmas become less stable. Control engineers on magnetic fusion reactors could use such maps to tune the behaviour of plasma, ensuring that it stays within a stable region where its power output is maximised, the researchers have explained at a meeting of the American Physical Society’s plasma physics division.
ITALIANO
Una mappa in tempo reale di stabilità al plasma potrebbe essere la chiave per massimizzare la potenza della fusione nucleare
Mantenere un stabile plasma di fusione nucleare è probabilmente l'aspetto più importante per controllare queste potenziali fonti energetiche future. Nel tipo di reattore per la più intensa indagine in tutto il mondo, plasmi vengono riscaldati a milioni di gradi centigradi e indotti a circolare ad alta velocità intorno reattori a forma di ciambella. Ma se il plasma diventa instabile, può collidere con le pareti interne del reattore, che riduce la temperatura del plasma - fermare le reazioni di fusione - e danneggia anche le pareti del reattore.
La precedente teoria fisica del plasma ha ritenuto che facendo ruotare il plasma lo avrebbe mantenuto stabile. Tuttavia, Jack Berkery e Steve Sabbagh della Columbia University, che lavorano presso il Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) a San Jose, in California, hanno scoperto che la situazione è più complicata. Mentre alcuni plasmi diventano instabili se ruotano troppo velocemente, gli altri sono stabili a velocità di rotazione molto basse. La chiave è quello di mantenere la rotazione e l'altra proprietà, nota come collisionality, all'interno di un intervallo favorevole, dicono. Collisionality, che si riferisce alla frequenza con cui le particelle rimbalzano l'altro, è stato pensato che possa ridurre la stabilità come esso aumenti, ma questo non è il caso secondo Berkery e Sabbagh.
I ricercatori hanno sviluppato una "mappa di stabilità" che permette un plasma di essere monitorato monitorare in tempo reale. La mappa traccia la collisionality in funzione rotazione, ad una risoluzione di un 1000 per secondo, e determina quanto è vicina alla instabilità. Uno di questi, creato in esperimenti presso l'esperimento nazionale sferica Torus (NSTX) a PPPL, è mostrato sopra. Al variare del tempo, la collisionality diminuisce e aumenta la rotazione, che porta i plasmi diventano meno stabili. Gli ingegneri di controllo sui reattori a fusione magnetici potrebbero usare tali mappe per ottimizzare il comportamento del plasma, garantendo che rimanga all'interno di una regione stabile in cui la sua potenza è massima.
Da:
https://www.theengineer.co.uk/close-control-of-plasma-rotation-improves-stability-in-fusion-reactors/?cmpid=tenews_2758886
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