托卡马克容器壁中的阻力会导致破坏性能量损失

在某些情况下，称为托卡马克的聚变装置可能会突然失去容器壁的能量。研究人员称这种能量损失过程为中断。一个原因是与真空容器耦合​​的磁流体动力学(即，在磁场中传导等离子体)不稳定性或模式。

新的研究表明，热能损失率与特定不稳定性的增长一致，即电阻壁撕裂模式(RWTM)。实验测量表明等离子体温度在与模式增长一致的时间尺度上衰减。模拟表明，RWTM在存在完美导电壁的情况下将是稳定的，并且不稳定模式增长到足够的振幅导致等离子体能量的快速损失。这种快速的能量损失被称为热淬火。模拟的振幅和起始条件与实验结果一致。

开发聚变能的目标正在推动研究人员为ITER托卡马克开发实验。目前正在建设中，一旦建成，ITER将成为世界上最大、最强大的托卡马克装置。这项研究揭示了ITER中热猝灭发生的速度。这将影响运营商如何缓解这些中断。像ITER这样的大型机器中的不受控制的中断事件可能会对容器造成重大损坏，需要避免。

标准ITER参考场景的模拟预测等离子体对RWTM不稳定。如果像在现有设备中观察和建模的那样，热淬灭是由RWTM驱动的，那么ITER中的热淬灭将比最初预期的要长得多。这些信息可以帮助运营商修改ITER的中断缓解系统，从而降低相关风险。

在托卡马克破裂中，等离子体能量被迅速传输到设备壁。此热淬火过程的持续时间设定了可能应用的任何缓解技术的要求。在最近发表的来自HRS聚变和DIII-D国家聚变设施(能源部用户设施)的等离子体物理学研究中，科学家们通过结合实验、模拟和理论来研究等离子体的演变，详细介绍了对该过程的基于物理学的理解中断期间的等离子体不稳定性。

模拟表明，不稳定性增长率的比例与基于容器电导率的预期一致，并且热淬火时间与线性生长时间成正比。RWTM的模拟生长速率和振幅与实验中热淬火的时间尺度一致。将此结果从DIII-D托卡马克(其中热淬火通常为几毫秒)扩展到ITER，表明ITER中的热淬火持续时间可能约为70-100毫秒。重要的是，这项工作为确定ITER中的相关时间尺度提供了物理基础，并且持续时间更长的热淬火减少了对各种中断的工程限制缓解技术。