美國能源部(DOE)普林斯頓等離子物理實驗室(PPPL)的工程師為PPPL國家球形環實驗裝置—升級版(NSTX-U)中一款重要的類比電子元件開發出數位版本。該關鍵的類比元件有助於為此NSTX-U裝置的線圈調節供電電流。

這款元件就是數位點火器,用於取代以往較不準確且難以維護的機器中所使用的類比元件。這種先進的控制器能夠控制在環形托卡馬克(tokamak)燃料實驗中精確管理等離子的交流-直流(AC-DC)轉換器,從而升級核融合機器。

此次升級可讓NSTX-U與世界各地採用相同元件的其他tokamak一致。

「數位點火器對於確保NSTX-U有效且可靠地運作至關重要,」Neumeyer說。「這些新的發電器延長了形成PPPL電力系統骨幹的電源供應器使用壽命,並提供必要的精確控制,以便在NSTX-U磁線圈中驅動高達140,000安培的電流——這比以往在PPPL的任何實驗都還要高。」

![20160318 PPPL NT01](//images.contentful.com/15mr7p4rjmth/3TcWYoaut2qGCQsk2uCcg8/dab1d9d976cd50bb7d35850ee20f7c17/20160318_PPPL_NT01.jpg)
關鍵類比元件為PPPL國家球形環實驗裝置—升級版(NSTX-U)的線圈調節供電電流
(來源:PPPL)

更有效管理流至NSTX-U電流的能力,將有助於探入瞭解如何控制等離子。藉由更有效的控制,科學家能夠在NSTX-U上進行實驗,從而促進融合反應堆設計的進展。

新發電器連接控制NSTX-U與「可控矽整流器」元件的電腦,「可控矽整流器」用於調節NSTX-U實驗的電壓以及電流。透過光纖傳送電腦指令,該數位點火器讓流至PPPL的AC轉換成DC,並提供實驗所要求的量。研究人員還打造了光纖鏈路,建立雙方通訊。

「一個可控矽整流器可以在24,000安培時產生高達2,000伏的DC電流,並持續3秒鐘的時間,」Mozulay說:「在3秒脈衝時間內的電壓量相當於48mW的電力,大約可為紐澤西州8,000戶一般家庭供電。」

NSTX-U共有32對可控矽整流器,每一個都由其數位點火器控制。這些整流器有助於倍增加熱與磁場強度,從而實現機器升級。「所有的點火發電器都在PPPL這裡設計、製造與測試,」Mozulay表示。

相較於以往的類比元件,這些數位元件的好處還包括調節電流產生的能力,以及在偵測到快速電流快速變化可能損壞元件時自動關機等等。Mozulay形容,這種同步關機的過程就像汽車緊急煞車一樣。

比起以往的類比元件,工程師還能夠更輕鬆地調整這些數位點火器。「在未來進行改變時,將意味著僅需改變編程,而不是電子元件,」Mozulay說。「只需要幾分鐘,就可以將新的程式下載至數位點火器的數位訊號處理器中,?而實現更快、更準確的升級。」

編譯:Susan Hong

(參考原文:Digital controller improves power management for nuclear fusion,by Paul Buckley)