Wendelstein 7-X: Modernizace po úspěšném prvním kole experimentů

Wendelstein 7-X – from concept to reality (Smět 2019).

Anonim

Po asi 2 200 plazmových impulsech od začátku operace v prosinci 2015 byla v březnu úspěšně dokončena první experimentální kampaň na výzkumném zařízení Wendelstein 7-X u Max Planck Institute for Plasma Physics (IPP) v Greifswaldu. Změny v plazmové nádobě nyní vedou k tomu, aby zařízení bylo vhodné pro vyšší tepelné výkony a delší impulsy. Wendelstein 7-X, největší světové fúzní zařízení typu stellarator, je zkoumat vhodnost této konfigurace pro použití v elektrárně.

Od zahájení provozu v prosinci 2015 byly plazmy průběžně vyráběny ve Wendelstein 7-X - nejprve z heliového plynu a od února 2016 z vodíku. Malé množství plynu bylo transformováno asi 2 200 krát mikrovlnným ohřevem na extrémně horkou plazmu s velmi nízkou hustotou, což zahrnuje oddělení elektronů od jader heliového nebo vodíkového atomu. V magnetické kleci Wendelstein 7-X jsou nabité částice levitovány mezi stěnami plazmové komory téměř bez kontaktu.

"Jsme více než spokojeni s výsledky první experimentální kampaně", říká profesor vedoucí projektu Thomas Klinger. Počínaje od dosažitelné délky pulzu půl sekundy bylo nakonec dosaženo délky impulsů šest sekund. Plazma s nejvyššími teplotami byla vyráběna mikrovlnným ohřevem čtyřmi megawatty trvajícími jednu sekundu: u průměrných plazmových hustot bylo fyzikům schopno měřit teploty 100 milionů stupňů Celsia pro plazmové elektrony a 10 milionů stupňů pro ionty. "To značně překonalo to, co naše poměrně opatrné předpovědi vedly k tomu, abychom věřili, " říká Thomas Klinger.

Navíc struktura a omezovací vlastnosti nového magnetického pole prokázaly v prvních testech, že jsou tak dobré, jak se očekávalo. Další fyzikální vyšetření, např. O rozložení tepelné zátěže na stěně nebo o vliv vnějších cívek, byly doprovázeny technickými výboji pro čištění plazmové nádoby nebo pro kontrolu strojních systémů, tj. magnetů, chladicího systému, mikrovlnného ohřevu a řízení stroje.

Pokusy byly uzavřeny podle plánu 10. března. Mezitím byla plazmová nádoba znovu otevřena, aby bylo možné namontovat 6000 uhlíkových dlaždic, které chrání stěny cévy a vkládají divertor. Dlaždice se instalují na stěnu plazmové nádoby v deseti širokých pruzích odpovídajících obrysu navíjení plazmového okraje. Je to proto, že na okraji plazmové nádoby energie a částice zasahují do omezených oblastí stěny cévy. Pokud jsou tyto stěnové sektory chráněny speciálními oddělovacími deskami, mohou být napadené částice neutralizovány a odčerpány spolu s nežádoucími nečistotami. To dělá rozbočovač důležitým nástrojem pro řízení nečistot a hustoty plazmy.

Stenové prvky a jejich nosné konstrukce byly navrženy a vyrobeny v IPP v Garchingu ve spolupráci s externími společnostmi. Instalace 6200 různě tvarovaných obkladů a 10 rozdělovacích modulů musí být provedena s přesností 1 až 2 milimetry, což není jednoduchá záležitost v asymetrické plazmové nádobě: "Po přesném měření vnitřní stěny srovnáváme rozměry stěny měření dlaždic numerickou metodou a v případě potřeby upravte dlaždice pomocí počítačem řízené frézy ", vysvětluje Mathias Müller z technických služeb společnosti Greifswald.

Instalace bude trvat do poloviny roku 2017: Wendelstein 7-X s plátovanou stěnou pak bude vhodný pro vysoce výkonné plazmy s výkonem až 8 megawattů trvajícími 10 sekund. Po důkladném zkoušení funkce divertoru se grafitové dlaždice v následných nástavcích nahrazují uhlíkovými vlákny vyztuženými uhlíkovými prvky, které jsou také vodou chlazeny. Za zhruba čtyři roky to umožní výbojky až 30 minut, při kterých je možné kontrolovat při výkonu topení 10 megawattů, zda Wendelstein 7-X může také trvale dosáhnout svých optimalizačních cílů.

Pozadí

Cílem výzkumu v oblasti jaderné syntézy je vytvořit elektrárnu, která by byla příznivá pro klima a životní prostředí. Stejně jako slunce, je to odvodit energii z fúze atomových jader. Vzhledem k tomu, že se fúzní oheň nezapálí až do dosažení teplot nad 100 milionů stupňů, palivo, tj. vodíková plazma s nízkou hustotou by neměla přicházet do kontaktu s chladnými cévami. Konce magnetických polí levituje uvnitř vakuové komory téměř bez kontaktu.

Magnetická klec Wendelstein 7-X je tvořena kroužkem 50 supravodivých magnetických cívek o výšce 3, 5 metru. Jejich speciální tvary jsou výsledkem sofistikovaných optimalizačních výpočtů. Přestože Wendelstein 7-X nebude vyrábět energii, zařízení má dokázat, že stelarátory jsou vhodné pro elektrárny. S technologií Wendelstein 7-X je poprvé stanovena kvalita plazmového omezení v stellarátoru na stejné úrovni jako konkurenční zařízení typu tokamak. Při vybíjení trvajícím 30 minut má přístroj také ukázat základní výhodu stelarátorů, tj. jejich schopnost nepřetržitého provozu.

menu
menu