Een artist impression van een fusieplasma in een magnetron, met een broodrooster op de achtergrond. Credit illustratie: Kyle-Palmer-PPPL-Communications-Department
Gyrotron
Wetenschappers van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het U.S. Department of Energy (DOE), het privébedrijf Tokamak Energy en de Kyushu Universiteit in Japan hebben een ontwerp voorgesteld voor een experimentele compacte, sferische fusiereacter die het plasma alleen met microgolven verhit. Normaal gesproken gebruiken bolvormige tokamaks ook een enorme spoel van koperdraad, een solenoïde genaamd, die zich in het midden van het vat bevindt, om het plasma te verhitten. Neutrale straalinjectie, waarbij stralen van ongeladen deeltjes op het plasma worden gericht, wordt ook vaak gebruikt. Maar net zoals een kleine keuken eenvoudiger te ontwerpen is met minder apparaten, zou het eenvoudiger en voordeliger zijn om een compacte tokamak te maken met minder verwarmingssystemen.
De nieuwe aanpak elimineert ohmse verwarming, dezelfde verwarming die in een broodrooster gebeurt en standaard is in tokamaks. “Een compact, bolvormig tokamakplasma ziet eruit als een appel met een relatief kleine kern, dus je hebt geen ruimte voor een ohmse verwarmingsspiraal,” zegt Masayuki Ono, hoofdonderzoeksfysicus bij PPPL en hoofdauteur van het artikel waarin het nieuwe onderzoek wordt beschreven. “Als we geen ohmse verwarmingsspiraal hoeven toe te voegen, kunnen we waarschijnlijk een machine ontwerpen die eenvoudiger en goedkoper te bouwen is. Microgolven zijn een vorm van elektromagnetische straling die kan worden opgewekt met een apparaat dat bekend staat als een gyrotron. De gyrotrons zouden aan de buitenkant van de tokamak zitten – metaforisch gesproken, net buiten de schil van de appel – gericht op het hart. Terwijl de gyrotrons krachtige golven in het plasma uitzenden, genereren ze een stroom door negatief geladen deeltjes, elektronen genaamd, te verplaatsen. Dit proces, dat bekend staat als electron cyclotron current drive (ECCD), drijft zowel een stroom in als verwarmt het plasma.
Publiek-private samenwerking: De toekomst van fusie
Verwarmingssimulaties maken deel uit van een ontwerpproject dat bekend staat als de Spherical Tokamak Advanced Reactor of STAR. Het project is een strategisch initiatief om plannen te ontwikkelen voor een proefcentrale. Berkery zei dat het project PPPL-onderzoekers de kans biedt om hun expertise in natuurkunde, engineering en het werken met de computercodes voor fusiesimulaties toe te passen terwijl ze in samenwerking met privébedrijven werken aan hun plannen voor fusiecentrales met een bolvormig tokamakontwerp. Vladimir Shevchenko, co-auteur van het artikel en senior technisch adviseur bij Tokamak Energy, zei dat hij van plan is om eind volgend jaar experimenten uit te voeren in het fusievat van het bedrijf, ST40, om deze te vergelijken met de simulatieresultaten die in het artikel worden gepresenteerd.” PPPL heeft veel ervaren specialisten op verschillende gebieden die te maken hebben met plasmafysica en tokamaktechnologieën. Hun bijdrage op het gebied van modellering en advies is zeer waardevol voor een privébedrijf als Tokamak Energy,” zei hij.
Lees het volledige artikel op de website van PPPL en Energy Daily.