Wendelstein 7-X: Aktualizacja po udanej pierwszej rundzie eksperymentów

Wendelstein 7-X plasma, episode 3 (Czerwiec 2019).

Anonim

Po około 2200 impulsach plazmowych od rozpoczęcia operacji w grudniu 2015 r. Pierwsza eksperymentalna kampania na urządzeniu badawczym Wendelstein 7-X w Instytucie Fizyki Plazmy Maxa Plancka (IPP) w Greifswaldzie została pomyślnie zakończona w marcu. Modyfikacje w naczyniu plazmowym mają teraz na celu dostosowanie urządzenia do większych mocy cieplnych i dłuższych impulsów. Wendelstein 7-X, największe na świecie urządzenie termojądrowe typu stellaratora, ma na celu zbadanie przydatności tej konfiguracji do zastosowania w elektrowni.

Od początku funkcjonowania w grudniu 2015 r. Plazmy były produkowane w sposób ciągły w Wendelstein 7-X - najpierw z helu, a od lutego 2016 r. Z wodoru. Niewielka ilość gazu została przekształcona około 2200 razy za pomocą ogrzewania mikrofalowego w bardzo gorącą plazmę o ultra niskiej gęstości, co obejmuje oddzielenie elektronów od jąder atomów helu lub wodoru. Zamknięte w magnetycznej klatce Wendelsteina 7-X naładowane cząstki lewitują pomiędzy ściankami komory plazmy prawie bez kontaktu.

"Jesteśmy bardziej niż zadowoleni z wyników pierwszej kampanii eksperymentalnej", mówi profesor projektu Thomas Klinger. Zaczynając od osiągalnej w tym czasie długości impulsu pół sekundy, ostatecznie osiągnięto impulsy o długości sześciu sekund. Plazmy o najwyższych temperaturach wytwarzano przez ogrzewanie mikrofalowe o mocy czterech megawatów trwające jedną sekundę: przy średniej gęstości plazmy fizycy byli w stanie mierzyć temperatury 100 milionów stopni Celsjusza dla elektronów plazmowych i 10 milionów stopni dla jonów. "To znacznie przekroczyło to, co nasze raczej ostrożne przewidywania skłoniły nas do uwierzenia" - mówi Thomas Klinger.

Co więcej, właściwości struktury i zamknięcia nowego pola magnetycznego okazały się w pierwszych testach tak dobre, jak oczekiwano. Dalsze badania fizyczne, np. Dotyczące rozkładu obciążenia cieplnego na ścianie lub wpływu zewnętrznych cewek trymujących, towarzyszyły wyładowaniom technicznym do czyszczenia zbiornika plazmowego lub sprawdzania układów maszyny, a mianowicie. magnesy, system chłodzenia, ogrzewanie mikrofalowe i sterowanie maszyny.

Eksperymenty zakończono zgodnie z planem 10 marca. Tymczasem naczynie plazmowe zostało ponownie otwarte w celu zamontowania 6000 płytek węglowych w celu ochrony ścian naczynia i wstawienia divertora: płytki są instalowane na ścianie naczynia plazmowego w dziesięciu szerokich pasach zgodnych z konturem uzwojenia krawędzi plazmy. Dzieje się tak dlatego, że na krawędzi energii plazmy energia i cząstki wkraczają na ograniczone sektory ściany naczynia. Jeśli te sektory ścian są chronione specjalnymi płytami dystansowymi, cząstki uderzające mogą być neutralizowane i odpompowane razem z niepożądanymi zanieczyszczeniami. To sprawia, że ​​divertor jest ważnym narzędziem do kontrolowania zanieczyszczeń i gęstości plazmy.

Elementy ścienne i ich konstrukcje wsporcze zostały zaprojektowane i wyprodukowane w IPP w Garching we współpracy z firmami zewnętrznymi. Instalacja 6 200 płytek ściennych o różnym kształcie i 10 modułów dystansowych musi odbywać się z dokładnością do jednego do dwóch milimetrów, co nie jest łatwe w asymetrycznym naczyniu plazmy: "Po dokładnym pomiarze wewnętrznej ściany porównujemy wymiary ścian z pomiary płytek za pomocą metody numerycznej i w razie potrzeby zmodyfikuj płytki za pomocą sterowanego komputerowo frezu ", wyjaśnia Mathias Müller z działu technicznego Greifswalda.

Instalacja potrwa do połowy 2017 roku: Wendelstein 7-X z platerowaną ścianą będzie wtedy pasował do plazm o wysokiej mocy z mocami grzewczymi do ośmiu megawatów trwającymi dziesięć sekund. Po dokładnym zbadaniu funkcji divertora płytki grafitowe w kolejnych rozszerzeniach należy zastąpić elementami węglowymi wzmocnionymi włóknami węglowymi, które również są chłodzone wodą. W ciągu około czterech lat spowoduje to rozładowanie do 30 minut, w którym można sprawdzić moc grzewczą 10 megawatów, czy Wendelstein 7-X może również trwale osiągnąć cele optymalizacji.

tło

Celem badań nad syntezą jądrową jest stworzenie elektrowni przyjaznej klimatowi i środowisku. Podobnie jak słońce, jest czerpanie energii z fuzji jąder atomowych. Ponieważ ogień termojądrowy nie rozpala się, dopóki nie zostaną osiągnięte temperatury powyżej 100 milionów stopni, paliwo, a mianowicie. plazma wodoru o niskiej gęstości, nie powinna stykać się ze ścianami zimnych naczyń. Ograniczony przez pola magnetyczne, lewituje w komorze próżniowej prawie bez kontaktu.

Magnetyczna klatka Wendelsteina 7-X jest utworzona przez pierścień 50 nadprzewodnikowych cewek magnetycznych o wysokości około 3, 5 metra. Ich specjalne kształty są wynikiem wyrafinowanych obliczeń optymalizacyjnych. Chociaż Wendelstein 7-X nie wytwarza energii, urządzenie ma udowodnić, że stellaratory są odpowiednie dla elektrowni. W przypadku Wendelsteina 7-X ma ona na celu po raz pierwszy zapewnić jakość zamknięcia plazmy w stellaratorze na tym samym poziomie co konkurencyjne urządzenia typu tokamak. Przy wyładowaniach trwających 30 minut urządzenie ma również wykazać istotną zaletę stellaratorów, a mianowicie. ich zdolność do ciągłej pracy.

menu
menu