解决长期融合挑战的创新解决方案

紧凑型高磁场融合电厂的弧概念设计。该设计现在包括新出版的研究中的创新，以处理来自等离子体的热排气。

新颖的设计可以帮助下一代融合电厂的过度热量。

由行业研究人员提供的麻省理工学院的班级练习已经导致了一个创新的解决方案，这是一种长期挑战，面临着实用融合发电厂的发展的一种：如何摆脱过量的热量会对工厂造成结构损坏。

使用高温超导磁体，通过创新的熔体反应器进行新的解决方案。这种方法在麻省理工学院和创建一个独立的创业公司开发概念时，为今年推出的大规模新研究计划的基础。与典型的融合厂不同，新设计将使可以打开设备的内部室并替换关键部件;这种能力对于新提出的散热机构至关重要。

新方法在融合工程和设计中的一篇论文中详述，由该课程的研究生撰写的Adam Kuang，以及其他14名Mitsubishi电气研究实验室和英联邦融合系统的工程师，以及丹尼斯教授，麻省理工学院的血浆科学和融合中心主任教授课程。

从本质上讲，Whyte解释说，可以将来自融合厂内部的热量的脱落可以与汽车中的排气系统进行比较。在新设计中，“排气管”比今天的任何一个融合设计中的任何一个更长，宽得更宽，使得在脱落不需要的热量方面更有效。但是工程所需的工程可以使可能需要大量复杂的分析和对多种可能的设计替代品的评估。

紧凑型高磁场融合电厂的弧概念设计。编号组件如下：血浆; 2。新设计的pertor; 3.铜装饰线圈; 4。高温超导体（HTS）各针状磁场线圈，用于在PERTOR中塑造等离子体; 5。褶皱毯，一种从发射的中子收集热量的液体材料; 6。HTS环形磁盘线圈，其塑造主等离子体圆环; 7。HTS中心螺线管; 8.真空血管; 9。烤箱; 10.环形磁场线圈中的关节，可以打开，以允许进入内部。

驯服融合等离子体

融合利用了利用阳光自身的反应，利用来自海水 - 氘，氢气的燃料，锂锂的燃料，使得最终产生干净，丰富的电力，因此燃料供应基本无限。但是，对这种发电厂的几十年来仍然没有导致一种能够产生尽可能多的设备的设备，这实际上产生了净能量输出的设备。

然而，今年早些时候，麻省理工学院对新型融合工厂的建议 - 以及其他探索的其他新型融合工厂 - 最终使实际融合力量的目标似乎在​​覆盖范围内。但是仍有几种设计挑战待解决，包括将内部热从超热的电荷材料缩小，称为等离子体的有效方式，该挑战在设备内部限制。

在熔融反应器内产生的大多数能量以中子的形式发射，其热量围绕熔化等离子体的材料，称为毯子。在发电厂中，加热的毯子又用于驱动发电机涡轮机。但是，大约20％的能量是以等离子体本身的热量的形式产生，以某种方式必须散发，以防止其熔化形成腔室的材料。

没有材料足以承受融合装置内等离子体的热量，这达到数百万度的温度，因此等离子体通过强大的磁铁保持就位，防止它与内壁直接接触甜甜圈形融合室。在典型的融合设计中，单独的一组磁体用于产生一种侧面室以排出过热，但这些所谓的备用植物在新的紧凑型植物中的高热量不足。

电弧设计的理想特征之一是它将产生比相同输出的传统反应器所需的更小的设备中的功率。但这意味着更多限制在较小的空间内的功率，从而更加热量摆脱。

“如果我们没有对热排气做任何事情，那么机制会撕裂自己，”这是纸质的领先作者，描述了球队所解决的挑战 - 并最终解决的挑战。

在工作里面

在传统的融合反应器设计中，产生彼得的次级磁线圈位于主要磁线，因为根本无法将这些线圈放入固体初级线圈内。这意味着次级线圈需要大而强大，使其田地穿透腔室，因此它们在它们控制等离子体形状的情况下并不是很精确。

但新的麻省理工理麻省理工理局发起的设计，称为弧（用于先进，坚固，紧凑型）的磁铁，内置部分，所以可以拆除它们的服务。这使得可以进入整个内部并将辅助磁体放置在主线圈内而不是外部。用这种新安排，“只是通过将它们更接近较近的血浆]，它们可以大小明显减少，”匡。

在一个学期毕业生22.63级（融合工程原则）中，学生被推向团队，以解决散热挑战的不同方面。每个团队都开始通过做一个彻底的文学搜索来看看已经尝试过的概念，然后他们头脑风暴提出多种概念，并逐渐消除那些没有平移的概念。这些承诺的人有部分地基于来自两年前退休的MIT的Alcator C-Mod等几十年的数据的详细计算和模拟。C-Mod科学家Brian Labombard还对新型钻井的见解以及三菱的两个工程师也与团队合作。在课程结束后，一些学生继续在项目上工作，最终导致这篇新论文中描述的解决方案。模拟展示了他们解决的新设计的有效性。

“这真的很令人兴奋，我们发现了什么，”哈特说。结果是较长且更大的备用备忘器，使等离子体更精确地控制。结果，它们可以处理预期的强度热负荷。

“你想尽可能大的”排气管“，”·瓦特说，解释了次级磁体在主要的磁体的放置可以实现这一点。“这真的是电厂设计的革命，”他说。不仅可以在弧形设计的磁体中使用的高温超导体，他说：“但它们也提供了很多选择”，以便以不同的方式优化设计 - 包括，结果这是一个新的pertor设计。

前进，现在基本概念已经开发出来，有足够的空间用于进一步开发和优化，包括这些二级磁铁的精确形状和放置，团队说。研究人员正在努力进一步开发设计的细节。

“这正在打开融合装置中仔细思考的新途径，”Whyte说。

“所有弧度工作都既令人瞩目，刺激着看Tokamak Fusion Reactors的新方法，”约克大学的物理学教授在英国，在英国，没有参与这项工作。他说，这个最新的论文“在该领域中融入了托卡马克概念的许多其他重要改进。… 延长腿部Pertor概念的弧研究表明，对反应堆的应用不是不可能的，因为其他人争辩。“

Lipschultz补充说，这是“非常高质量的研究，表明了Tokamak反应堆的前进方向，并刺激了其他地方的新研究。”

该团队包括麻省理工学院学生诺曼·曹，亚历山大·德尼特，杰克赫格拉，亚历··普朗，亚历克斯，伊丽莎白托尔曼，汉娜·霍夫曼，哈哈霍夫曼，马萨诸塞州长·瑞吉·鲁斯和布兰登研究科学家Daniel Brunner和Brian Labombard，教授丹尼斯瓦特，以及三菱电动研究实验室工程师Piyush Grover和Christopher Laughman。该工作得到了麻省理工学院核科学与工程系，能源部，国家科学基金会和三菱电气研究实验室的支持。

出版物：A.Q.kuang等，“弧形融合试验厂的热排气管理概念设计研究，”融合工程与设计，2018; DOI：10.1016 / J.Fusengdes.2018.09.007