新技术简化了复杂融合装置的设计

时间：2021-08-11 16:52:05 来源：

螺栓磨机，弯曲机器融合反应，依靠复杂的磁线圈，挑战设计和构建。现在，美国能源部的物理学家（DOE）普林斯顿等离子物理实验室（PPPL）开发了一种有助于简化线圈设计的数学技术，使螺栓制造恒液器是生产融合能量的可能更具成本效益的设施。

“我们的主要结果是，我们提出了一种识别出螺栓管道生产的不规则磁场的新方法，”物理学家曹义朱，纸面的铅作者报告核聚变的结果。“这种技术可以提前了解哪些线圈形状和放置可能会损害等离子体的磁监管，承诺缩短施工时间和降低成本。”

聚变是驱动太阳和恒星的力量，它融合了等离子体形式的轻元素，等离子体是由自由电子和原子核组成的热的带电状态，会产生大量的能量。曲折，皱纹格形螺节剂是甜甜圈形托卡马克的替代品，这些甜甜圈形状的托克马克斯更常用于寻求在地球上复制融合的科学家以获得几乎取之不尽的能力来发电。

螺栓磨机的一个主要好处是他们生产的高度稳定的等离子体，对Tokamaks产生的破坏性中断不太容易。但是螺栓螺栓线圈的复杂性一直是阻止这些设施的一个因素。

螺节件的线圈必须非常精确地构造和布置，因为与最佳线圈布置的偏差产生凸块并在磁场中产生凸块并摇摆，从而降低磁性限制并允许等离子体逸出。这些有问题的磁场可以很容易地由磁线圈的错位引起，因此工程师规定了这些组件的严格公差。

PPPL物理学家曹翔朱。

“建筑螺栓的大挑战是如何简单地和经济地制作它们，”PPPL首席科学家Michael Zarnstorff说。“朱的研究很重要，因为他试图在一些成本的驱动因素中仔细和定量。他的结果表明，我们可以简化螺栓的构造，从而使它们更容易，更便宜地建造，通过不坚持对无关紧要的事情的宽容。“

在过去，科学家们使用计算机模拟来确定哪个线圈放置是最佳的，检查等离子体在构建螺栓器之前对所有可能的磁力配置的反应。但是因为线圈有很多方法都有所不同，“这种方法需要大量的计算资源和人间，”朱说。“在本文中，我们提出了一种新的数学方法来快速识别制造和组装过程中可能出现的危险线圈偏差。”

该方法依赖于Hessian矩阵，允许研究人员确定磁线圈的变型可以使等离子体改变其性质的数学工具。“这个想法是对你真正必须控制或避免的扰动，你可以忽略哪个扰动，”朱说。

该团队最近通过使用它来分析新方法的准确性来分析类似于哥伦比亚非中性环节的线圈展示，由哥伦比亚大学运营的小型融合设施。他们将结果与过去研究依赖于常规方法的结果进行了比较，并发现他们同意了。该团队现已与中国的研究人员合作，使用该方法优化目前正在建设的中国第一个准轴对称螺栓仪（CFQ）的线圈放置。

朱镕基说，新技术可以帮助科学家设计更好的螺节仪。它可以做出可以识别任何人之前考虑的最佳线圈布置的方法。

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研究团队包括来自中国西南交通大学和日本国家融合科学研究院的科学家。该研究得到了美国能源科学系和最大普朗克普林斯顿的等离子物理中心。

位于新泽西州普林斯伯勒市普林斯顿大学福雷斯特校区的PPPL致力于创造有关等离子体物理学的新知识-超热，带电气体-并开发用于产生聚变能的实用解决方案。该实验室由美国能源部大学科学办公室管理，该实验室是美国物理科学基础研究的最大支持者，致力于解决当今时代最紧迫的挑战。

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