快速流动可防止杂质在托卡马克等离子体边缘堆积

聚变托卡马克等离子体中的杂质会降低性能。这些杂质是由热等离子体和金属托卡马克壁之间的相互作用产生的。这些墙壁通常用钨装甲。这种材料耐热，但会随着时间的推移而降解，将杂质释放到等离子体中。模拟可以预测这些杂质的行为方式，但很难直接测量，因为许多杂质只发出微弱的辐射.此处详述的实验使用收集器探针对等离子体进行采样。它确定只有当托卡马克磁场以逆时针方向围绕环形托卡马克旋转时，有害杂质才会积聚在等离子体边缘外的区域。这是等离子体电流移动的相反方向。顺时针旋转导致去除杂质的快速流动。

影响

聚变发电厂需要能够长时间维持聚变条件的等离子体。等离子体中的杂质会降低性能。这意味着聚变科学和技术研究人员需要开发方法来控制杂质通过等离子体的传输并在它们发生时将其去除。这对于实用的聚变能很重要。到目前为止，还没有对托卡马克金属壁和等离子体边缘之间的重要空间中的杂质积累进行实验测量。这项新的研究结果提出了未来发电厂可以用来防止这种积累的方法。

概括

在托卡马克中，杂质可以穿过等离子体的边缘并进入等离子体的核心，污染它并降低功率。然而，研究人员并不完全了解沿等离子体边缘的杂质传输。虽然几十年来，模拟已经预测了等离子体边缘中杂质的积累，但研究人员还没有获得这种积累的实验证据。

DIII-D 国家聚变设施的研究人员与田纳西大学合作，部署了一种称为收集器探针的诊断工具来测量等离子体边缘的钨含量。他们使用最先进的边缘仿真代码 DIVIMP 和 3DLIM 来模拟等离子体边缘中的杂质传输。模拟表明，为了重现实验收集器探针测量，在实验过程中一定发生了积累。然而，这种积累只发生在托卡马克的磁场逆时针移动时。当磁场顺时针移动时，非常快的等离子体流可能会去除杂质并通过将它们运输和沉积在容器壁上来防止它们的积累。这些结果似乎是有史以来对边缘杂质积累的首次间接测量。

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