Magnetisk indeslutning af plasma

For at opnå et tilstrækkeligt antal fusionsreaktioner i et deuterium-tritium-plasma kræver det, at plasmaet opvarmes til en temperatur på 100-350 millioner grader Celsius. Udover en høj temperatur er det vigtigt at indeslutte plasmaet i tilstrækkelig lang tid. Tætheden af plasmaet må ligeledes ikke være for lav, da der i så fald ikke ville være nok deuterium og tritium tilstede i reaktoren til at forårsage et tilstrækkeligt antal fusionsreaktioner.

En metode er at indeslutte plasmaet inden i et vakuumkammer ved hjælp af magnetfelter. Eftersom et plasma består af frie elektroner og ioner, kan det formes ved, at der påtrykkes et kraftfuldt, eksternt magnetfelt. De enkelte elektroner og ioner bevæger sig i en skruelinje omkring magnetfeltslinjerne. Dette er gennemgået her. Ved at påtrykke et magnetfelt, hvor magnetfeltslinjerne former lukkede overflader – såkaldte lukkede magnetiske flux-flader – kan plasmaet tvinges til at have en bestemt form. I en tokamak har de lukkede magnetiske flux-flader form som en donut. Matematisk kaldes denne form for en torus. Plasmaet i en tokamak er altså indesluttet i et torusformet vakuumkammer, og plasmaet er selv, generelt, torusformet.

Magnetfeltet i en tokamak genereres af to forskellige sæt af elektromagneter. Bemærk de toroidale elektromagneter (de D-formede blå objekter på figuren øverst). Disse genererer et kraftigt toroidalt magnetfelt. De toroidale elektromagneter sidder tættest sammen på indersiden af vakuumkammeret, og magnetfeltet er derfor stærkest i dette område. Magnetfeltet falder dermed i styrke, jo længere væk fra indersiden man bevæger sig. Både denne ændring af magnetfeltsstyrken og selve krumningen af magnetfeltet forårsager, at de ladede partikler i et toroidalt magnetfelt vil drive mod vakuumkammerets vægge. For at undgå dette, er der i midten af vakuumkammeret den såkaldte centrale solenoide – altså en spole. Denne er markeret med grøn på figuren. Ved at drive en kraftig strøm igennem spolen i pulser, bliver der genereret en strøm igennem plasmaet. At der går en strøm igennem plasmaet, kan forstås på samme måde, som når der går en strøm igennem en ledning. Fordi elektronerne i et plasma er frie, er plasma en god elektrisk leder. Den strøm, der går igennem plasmaet i tokamakken, genererer det poloidale magnetfelt. Kombinationen af det toroidale og poloidale magnetfelt – dvs. det samlede magnetfelt – danner de lukkede, torusformede flux-flader, som indeslutter plasmaet.

 

Du kan læse mere, om hvordan man kan danne de kraftfulde magnetfelter i tokamakker her.



https://www.fusionsenergi.dk/viden-om-fusionsenergi/tokamak/magnetisk-indeslutning-af-plasma
18 APRIL 2024