Kompaktowy tokamak z zapłonem

CIT
Kompaktowy tokamak z zapłonem
Rodzaj urządzenia	Tokamak
Lokalizacja	USA
Przynależność	Laboratorium Fizyki Plazmy Princeton i inne
Specyfikacja techniczna
Główny promień	1,23 m (4 stopy 0 cali)
Mały promień	0,43 m (1 stopa 5 cali)
Pole magnetyczne	10,4 T (104 000 G)
Moc grzewcza	12 MW
Prąd plazmy	10,0 MA
Historia
Data (daty) budowy	Nie zbudowany
Rok (lata) działalności	Nie zbudowany – nie zbudowany

Compact Ignition Tokamak (CIT) 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 osiągnięcie samopodtrzymującej się syntezy termojądrowej (zapłonu) w tokamaku przy minimalnym możliwym budżecie.

Historia

CIT miał być następcą eksperymentu Tokamak Fusion Test Reactor (TFTR). Tam, gdzie TFTR został zaprojektowany w celu osiągnięcia Q>1 (większa moc syntezy jądrowej wytwarzanej przez plazmę niż wstrzykiwana do plazmy), CIT został zaprojektowany w celu uzyskania zapłonu, tutaj zdefiniowanego jako Q>10 (wytwarzana moc syntezy jądrowej jest ponad dziesięciokrotnie większa od mocy grzewczej) . Projektowanie CIT rozpoczęto w 1986 r., kiedy to oczekiwano, że budowa rozpocznie się w 1988 r., a zakończy w 1993 r. Szacunkowy koszt budowy wyniósł 285 mln USD w dolarach z 1986 r.

W miarę postępu prac projekt tokamaka rósł pod względem wielkości, pola magnetycznego i mocy grzewczej. W pewnym momencie na początku lat 90. DOE anulowało projekt i zamiast tego wsparło projekt Tokamak Physics Experiment (TPX), który również nigdy nie został zbudowany.

Dalsze rozszerzenia kompaktowego podejścia CIT do wysokiego pola były badane w późniejszych krajowych projektach projektowych w USA dla dwóch proponowanych urządzeń: Eksperyment z płonącą plazmą (BPX) i Eksperyment badawczy z zapłonem termojądrowym (FIRE). Na krajowym spotkaniu społeczności zajmującym się planowaniem syntezy jądrowej Snowmass 2002 stwierdzono, że „IGNITOR, FIRE i ITER umożliwią badania fizyki płonącej plazmy , postęp technologii syntezy jądrowej i przyczynią się do rozwoju energii syntezy jądrowej… Istnieje pewność, że ITER i FIRE osiągną wydajność spalania plazmy w trybie H na podstawie obszernej eksperymentalnej bazy danych…”.

Cele

Celem CIT było wytworzenie zapalonej plazmy, która jest zdefiniowana jako Q>10 i/lub możliwość wyłączenia ogrzewania pomocniczego i podtrzymania reakcji przez energię termojądrową. Ponadto został zaprojektowany, aby to zrobić przy minimalnym możliwym budżecie.

Powstały projekt podążał ścieżką wytyczoną przez wcześniejszy projekt IGNITOR , kompaktową konstrukcję o dużym polu. Aby zminimalizować koszty, było to kompaktowe (fizycznie małe) urządzenie. Aby osiągnąć warunki zapłonu w kompaktowym urządzeniu, wymagane było posiadanie bardzo silnego pola magnetycznego, 10,4 (później 11) Tesli. Było to poza krytycznymi możliwościami nadprzewodników tamtych czasów, co wymagało zbudowania toroidalnych cewek polowych z miedzi chłodzonej ciekłym azotem .

Ograniczenia

Cel zbadania fizyki i inżynierii zapalonej plazmy przy minimalnych możliwych kosztach oznaczał zaakceptowanie projektu, który nie mieścił się bezpośrednio w reaktorze (biorąc pod uwagę technologię dostępną w tamtym czasie). Ponieważ miedziane cewki pola toroidalnego szybko się nagrzewały z powodu ogrzewania omowego , eksperyment byłby pulsacyjny, osiągając zapłon tylko przez 3-5 sekund, z minutami lub godzinami czasu na ostygnięcie między impulsami. (Nowoczesne postępy w nadprzewodnikach o wysokim polu doprowadziły do ponownego rozważenia podejścia do impulsowego wysokiego pola, takiego jak urządzenie SPARC opracowane przez Commonwealth Fusion Systems). Ponadto, ze względu na powtarzające się naprężenia materiałów nieodłącznie związane z pulsacyjnym, system pola, wzrost pęknięć utrzymywał całkowitą liczbę impulsów pełnej mocy w całym okresie życia do 3000.