Phương pháp kiểm soát nhiệt plasma hợp hạch của đội Mỹ để bảo vệ thành tokamak

Các nhà nghiên cứu tại Cơ sở Hợp nhất Quốc gia DIII-D đã phát triển một phương pháp mới để kiểm soát các đợt năng lượng phá hủy, được gọi là Các Chế độ Cục bộ Biên (ELMs), vốn đe dọa tính toàn vẹn cấu trúc của các lò phản ứng hợp nhất tokamak. Bằng cách quản lý chính xác mật độ plasma trong lớp cạo (scrape-off-layer - SOL) — vùng plasma ngoài cùng tương tác với thành lò phản ứng — nhóm nghiên cứu đã chứng minh khả năng ức chế các bất ổn lớn, gây hại trong khi vẫn duy trì lõi plasma hiệu suất cao cần thiết cho sản xuất năng lượng. Cách tiếp cận này giải quyết thách thức quan trọng về tích hợp lõi-biên, cân bằng giữa lõi hợp nhất nóng và biên ổn định để ngăn ngừa hư hại các thành phần của lò phản ứng. Sử dụng các mô phỏng tiên tiến BOUT++, các nhà nghiên cứu phát hiện rằng việc tăng mật độ SOL làm thay đổi căn bản hành vi plasma, ổn định các "chế độ bóc tách-bóng bay" quy mô lớn chịu trách nhiệm cho các ELM nghiêm trọng. Thay vì các đợt bùng phát lớn, hiếm gặp, plasma thể hiện các xung năng lượng nhỏ, thường xuyên và lành tính, tạo ra sự nhiễu loạn vô hại, từ đó bảo vệ thành lò phản ứng mà không làm giảm áp suất hay hiệu suất lõi. Việc xác nhận thực nghiệm đã chứng minh rằng việc điều chỉnh cấu hình mật độ SOL có thể duy trì một cách đáng tin cậy trạng thái này.