Eksperyment fizyczny z tokamakiem

TPX
Eksperyment fizyczny z tokamakiem
Rodzaj urządzenia	Tokamak
Lokalizacja	Stany Zjednoczone
Przynależność	Laboratorium Fizyki Plazmy Princeton i inne
Specyfikacja techniczna
Główny promień	2,25 m (7 stóp 5 cali)
Mały promień	0,5 m (1 stopa 8 cali)
Pole magnetyczne	4,0 T (40 000 G)
Moc grzewcza	17,5 MW
Prąd plazmy	2,0 MA
Historia
Data (daty) budowy	Nie zbudowany
Rok (lata) działalności	Nie zbudowany — nie zbudowany
zastąpiony przez	KSTAR

Tokamak Physics Experiment (TPX) był eksperymentem fizyki plazmy , który został zaprojektowany, ale nie został zbudowany. Został zaprojektowany przez międzyorganizacyjny zespół w USA, kierowany przez Princeton Plasma Physics Laboratory . Eksperyment miał na celu przetestowanie teorii dotyczących tokamaków w wysokowydajnym reżimie stanu ustalonego.

Cele

TPX miał być następcą Tokamaka Fusion Test Reactor (TFTR). Podczas gdy TFTR został zaprojektowany w celu osiągnięcia Q>1 (większa moc syntezy jądrowej wytwarzanej przez plazmę niż wstrzykiwana do plazmy), TFTR działał tylko w przypadku krótkich impulsów i nie dostarczał danych i doświadczeń z plazmami zachowującymi się jak ekonomiczny reaktor energetyczny Fusion . W szczególności TPX został zaprojektowany, aby zaspokoić tę potrzebę.

TPX został zaprojektowany do testowania teorii, które sugerowały sposoby uczynienia przyszłego reaktora termojądrowego kompaktowym, ekonomicznym i niezawodnym. W szczególności TPX został zaprojektowany tak, aby był w stanie zbliżonym do ustalonego, z długością impulsu 1000 sekund (ponad 15 minut). Został zaprojektowany do pracy z wysokim prądem Bootstrap , co oznacza, że mniej mocy musiałoby być zużywane na napędzanie prądu toroidalnego. Został zaprojektowany do pracy przy wysokich wartościach Beta , co oznacza, że byłby w stanie zmagazynować większe ciśnienie plazmy dla danego pola magnetycznego. Został zaprojektowany do pracy z wysokim stopniem zamknięcia, co oznacza, że wymagane byłoby mniej dodatkowego ogrzewania.

Historia

Po anulowaniu kompaktowego tokamaka z zapłonem w 1991 roku Departament Energii Stanów Zjednoczonych skierował amerykański program syntezy jądrowej w celu znalezienia sposobów na ulepszenie tokamaka . W 1993 r. Przeprowadzono przegląd projektu koncepcyjnego dla TPX w 1993 r., Finalizując projekt koncepcyjny. Zespół projektowy był zarządzany przez Princeton Plasma Physics Laboratory i obejmował członków z innych instytucji amerykańskich. Program został odwołany w 1995 roku, ponieważ proponowany koszt był zbyt wysoki. Proponowany koszt wyniósł 539 milionów dolarów w dolarach z 1993 roku.

Dziedzictwo

Tokamak KSTAR zbudowany w Korei Południowej jest oparty na konstrukcji TPX. KSTAR wykorzystuje wodór, a nie deuter , jak TPX został zaprojektowany, więc aktywacja komponentów neutronami nie jest tak dużym problemem. Z tego powodu tytanowy zbiornik próżniowy konstrukcji TPX został zastąpiony zbiornikiem ze stali nierdzewnej w KSTAR, a system zdalnej konserwacji został usunięty z projektu.

Opis

Ponieważ TPX został zaprojektowany tak, aby był w stanie ustalonym (lub przynajmniej długim impulsem, trwającym 1000 sekund), cewki elektromagnetyczne, które zapewniają pole magnetyczne, miały być nadprzewodnikami . Miały być wykonane z nadprzewodzących kabli niobowo-cynowych . Siła toroidalnego pola magnetycznego w centrum plazmy miała wynosić 4,0 tesli .

TPX został zaprojektowany tak, aby jego toroidalny prąd elektryczny był w 100% napędzany nieindukcyjnie. Z tego powodu miał mieć trzy obecne układy napędowe: układ wtryskiwania wiązki neutralnej o mocy 8 MW, układ rezonansu cyklotronowego jonów o mocy 8 MW oraz układ dolnej fali hybrydowej o mocy 1,5 MW. Prąd toroidalny przenoszony przez plazmę miał wynosić do 2,0 MA.

Ponieważ TPX został zaprojektowany do testowania co najmniej sześciu różnych scenariuszy o wysokiej wydajności, jego poloidalne cewki polowe i układy napędowe prądu zostały zaprojektowane z myślą o elastyczności. Oto kilka przykładów możliwych scenariuszy: jeden inspirowany projektem reaktora ARIES-I, który miał agresywną Betę , jeden inspirowany reżimem Tokamak Fusion Test Reactor Supershot i jeden z profilem, który tworzy wewnętrzną barierę transportową dla lepszego zamknięcia.