达到新的高度：物理学家提高超导韩国融合装置的垂直稳定性

聚变能发展面临的主要挑战是维持超热等离子体，其使用超导磁线圈以稳定状态或可持续形式促进聚变反应，以避免铜线圈的巨大功率需求。虽然超导体可以允许聚变反应堆无限期地运行，但是用超导体控制等离子体是一个挑战，因为与不具有相同约束的铜线圈相比，工程约束限制了这种磁线圈可以调节的速度。

这些超导线圈的响应时间较慢会产生问题。较慢的速度使得难以以产生聚变功率所需的大等离子体积或延长的垂直高度来操作稳定的放电。在当前的超导设备中探索这个问题对ITER来说特别有用，ITER是法国正在建设的国际聚变试验，将于2025年投入运行。

挑战的前沿

在这一控制挑战的最前沿是韩国超导托卡马克先进研究(KSTAR)设备，它是世界上最大的超导托卡马克之一。它的超导体由铌和锡制成，与ITER计划使用的导体相同。

由美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的物理学家Dennis Mueller领导的美国和韩国研究人员团队现在已经大大提高了KSTAR中细长等离子体的稳定性，为如何解决这个问题树立了榜样ITER等其他超导设备中的类似问题。今年夏天由Mueller和来自韩国国家聚变研究所(NFRI)和圣地亚哥通用原子公司的物理学家展示了成功的控制方法，多年来一直致力于控制垂直不稳定性，这使得等离子体能够反弹并且在11英尺高的真空容器中。

“随着等离子体越来越高，它已经远离稳定运行，”穆勒10月份在第 59 届美国物理学会等离子体物理学会年会上说。“新的校正方法通过稳定等离子体的垂直中心来阻止等离子体上下弹跳。垂直不稳定的控制使得KSTAR中的等离子体比原始设计规格更高。”

改装电子产品

修复的关键是用于检测等离子体磁场和等离子体运动和位置的传感器的改进电子设备。修改后的传感器快速发送控制信号，该控制信号可以提供垂直位置的反馈。反馈使用容器内垂直控制线圈(IVC)来推回垂直位置的变化并防止等离子体的终止。“使用改进的传感器信号对控制系统运行良好至关重要，”穆勒说。

新的磁传感器需要团队努力来开发和优化。提供电子产品的是KSTAR研究人员Jun Gyo Bak和Heungsu Kim。领导这项工作的是穆勒和KSTAR的Sang-hee Hahn。

除传感器改进外，General Atomics的Nicholas Eidietis开发了一种控制系统，可区分传感器信号的快速和慢速变化，并指导不同的线圈响应不同时间尺度的等离子体运动。这种国际团队合作的最终结果是一个控制系统，可以有效地响应等离子体的运动，从而可以使用超过KSTAR设计要求的更高等离子体进行操作。美国能源部科学办公室(FES)支持这项协作工作。