Wendelstein 7-X

Wendelstein 7-X
Wendelstein7-X Torushall-2011.jpg
W7-X w 2011 roku
Rodzaj urządzenia gwiezdny
Lokalizacja Greifswald , Niemcy
Przynależność Max Planck Instytut Fizyki Plazmy
Specyfikacja techniczna
Główny promień 5,5 m (18 stóp)
Mały promień 0,53 m (1 stopa 9 cali)
Objętość plazmy 30m3 _ _
Pole magnetyczne 3 tony (30 000 gramów)
Moc grzewcza 14 MW
Temperatura plazmy   (6–13) × 10 7 K
Historia
Rok (lata) działalności 2015 – obecnie
Poprzedzony Wendelstein 7-AS
Spinki do mankietów
Strona internetowa https://www.ipp.mpg.de/w7x
Schemat stellaratora - układ cewek (kolor niebieski), plazma (kolor żółty), linia pola magnetycznego (kolor zielony) na powierzchni plazmy.
Kompleks badawczy Wendelstein 7-X w Greifswaldzie, po lewej sala eksperymentalna.
Nadprzewodzące linie zasilające są przymocowane do płaskich cewek nadprzewodzących, 2008
Budowa w maju 2012 r. Widoczny torus przesunięty w celi testowej oraz duża suwnica. Zwróć uwagę na pracowników ze względu na skalę.
Szerokokątny widok wnętrza stellaratora , pokazujący nierdzewne płyty osłonowe i chłodzone wodą miedziane płyty tylne, które ostatecznie zostaną pokryte grafitowymi płytkami i będą działać jako zbroja chroniąca przed interakcjami plazmy ze ścianami.

Reaktor Wendelstein 7-X (w skrócie W7-X ) to eksperymentalny stellarator zbudowany w Greifswaldzie w Niemczech przez Instytut Fizyki Plazmy im. eksperymentalny reaktor nie będzie wytwarzał energii elektrycznej, służy do oceny głównych elementów przyszłej elektrowni termojądrowej ; został opracowany w oparciu o poprzedni Wendelstein 7-AS .

Od 2023 roku reaktor Wendelstein 7-X jest największym na świecie urządzeniem gwiezdnym. Po dwóch udanych fazach operacyjnych, które zakończyły się w październiku 2018 r., reaktor został wyłączony w celu modernizacji. Modernizacja została zakończona w 2022 r. Nowe eksperymenty z syntezą jądrową w lutym 2023 r. Wykazały dłuższe uwięzienie i zwiększoną moc. Celem tej fazy jest stopniowe zwiększanie mocy i czasu trwania ciągłego wyładowania plazmowego do 30 minut, demonstrując w ten sposób zasadniczą cechę przyszłej elektrowni termojądrowej: ciągłą pracę.

Nazwa projektu, nawiązująca do góry Wendelstein w Bawarii, została ustalona pod koniec lat 50. XX wieku, nawiązując do poprzedniego projektu Uniwersytetu Princeton pod nazwą Project Matterhorn .

Placówka badawcza jest niezależnym projektem partnerskim Instytutu Fizyki Plazmy im. Maxa-Plancka z Uniwersytetem w Greifswaldzie .

Projekt i główne elementy

Urządzenie Wendelstein 7-X oparte jest na pięciopolowej konfiguracji Helias . Jest to głównie toroid składający się z 50 niepłaskich i 20 płaskich nadprzewodzących cewek magnetycznych o wysokości 3,5 m, które indukują pole magnetyczne zapobiegające zderzaniu się plazmy ze ścianami reaktora. 50 niepłaskich cewek służy do regulacji pola magnetycznego. Jego celem jest uzyskanie gęstości plazmy 3 × 10 20 cząstek na metr sześcienny i temperatury plazmy 60–130 megakelwinów (MK).

Głównymi komponentami są cewki magnetyczne, kriostat , naczynie plazmowe, dywertor i systemy grzewcze.

Cewki ( NbTi w aluminium) są rozmieszczone wokół płaszcza termoizolacyjnego o średnicy 16 metrów, zwanego kriostatem. Urządzenie chłodzące wytwarza wystarczającą ilość ciekłego helu, aby schłodzić magnesy i ich obudowę (około 425 ton metrycznych „zimnej masy”) do temperatury nadprzewodnictwa (4 K). Cewki będą przewodzić prąd o natężeniu 12,8 kA i wytworzyć pole o natężeniu do 3 tesli .

Naczynie plazmowe, zbudowane z 20 części, jest od wewnątrz dostosowane do złożonego kształtu pola magnetycznego. Posiada 254 porty (otwory) do ogrzewania plazmy i diagnostyki obserwacyjnej. Cała instalacja zbudowana jest z pięciu niemal identycznych modułów, które zostały zmontowane w sali doświadczalnej.

System ogrzewania obejmuje żyrotrony dużej mocy do ogrzewania rezonansowego cyklotronu elektronowego (ECRH), które dostarczą do 15 MW ciepła do plazmy. W fazie operacyjnej 2 (OP-2), po ukończeniu pełnego opancerzenia/chłodzenia wodnego, przez 10 sekund dostępne będzie również do 8 megawatów wtrysku wiązki neutralnej . System ogrzewania rezonansowego cyklotronu jonowego (ICRH) będzie dostępny dla operacji fizycznych w OP1.2.

System czujników i sond oparty na różnych uzupełniających się technologiach będzie mierzyć kluczowe właściwości plazmy, w tym profile gęstości elektronowej oraz temperatury elektronów i jonów, a także profile ważnych zanieczyszczeń plazmy oraz promieniowej energii elektrycznej pole wynikające z transportu cząstek elektronów i jonów.

Historia

Niemiecki układ finansowania projektu został wynegocjowany w 1994 r., ustanawiając Oddział Instytutu IPP w Greifswaldzie w północno-wschodnim narożniku niedawno zintegrowanych NRD . Jego nowy budynek został ukończony w 2000 roku. Pierwotnie budowa stellaratora miała zakończyć się w 2006 roku. Montaż rozpoczął się w kwietniu 2005 roku. Naprawa problemów z cewkami trwała około 3 lat. Harmonogram przesunął się na koniec 2015 roku.

Amerykańskie konsorcjum składające się z trzech laboratoriów (Princeton, Oak Ridge i Los Alamos) zostało partnerem w projekcie, płacąc 6,8 mln euro z ostatecznego całkowitego kosztu 1,06 mld euro. W 2012 roku Uniwersytet Princeton i Towarzystwo Maxa Plancka ogłosiły utworzenie nowego wspólnego centrum badawczego fizyki plazmy, które obejmie badania nad W7-X.

Koniec fazy budowy, która wymagała ponad 1 miliona godzin montażu, został oficjalnie zainaugurowany 20 maja 2014 r. Po okresie sprawdzania szczelności zbiornika, który rozpoczął się latem 2014 r., kriostat został ewakuowany , a testy magnesów zakończono w lipcu 2015 r.

Faza operacyjna 1 (OP1.1) rozpoczęła się 10 grudnia 2015 r. Tego dnia reaktor z powodzeniem wytwarzał plazmę helową (o temperaturze około 1 MK) przez około 0,1 s. W tym początkowym teście z około 1 mg gazowego helu wstrzykniętym do próżniowego naczynia plazmowego zastosowano ogrzewanie mikrofalowe przez krótki impuls o mocy 1,3 MW.

Celem OP 1.1 było jak najszybsze przeprowadzenie zintegrowanych testów najważniejszych systemów i zdobycie pierwszego doświadczenia z fizyką maszyny.

W grudniu i styczniu wykonano ponad 300 wyładowań helem, przy stopniowo wzrastających temperaturach, które ostatecznie osiągnęły sześć milionów stopni Celsjusza, w celu oczyszczenia ścian zbiornika próżniowego i przetestowania systemów diagnostyki plazmy. Następnie 3 lutego 2016 r. produkcja pierwszej plazmy wodorowej zainicjowała program naukowy. Plazmy o najwyższej temperaturze były wytwarzane przez czteromegawatowe impulsy ogrzewania mikrofalowego trwające jedną sekundę; temperatura elektronów plazmy osiągnęła 100 MK, podczas gdy temperatura jonów osiągnęła 10 MK. Przed wyłączeniem przeprowadzono ponad 2000 impulsów.

Testy takie miały trwać około miesiąca, po czym nastąpiło zaplanowane wyłączenie w celu otwarcia zbiornika próżniowego i wyłożenia go ochronnymi płytkami węglowymi oraz zainstalowania „rozdzielacza” do usuwania zanieczyszczeń i ciepła z plazmy. Program naukowy był kontynuowany, stopniowo zwiększając moc i czas rozładowania. Specjalna topologia pola magnetycznego została potwierdzona w 2016 roku.

Faza operacyjna 1 (OP1.1) zakończyła się 10 marca 2016 r. i rozpoczęła się faza modernizacji.

W 2017 r. kontynuowano fazę operacyjną 1 (OP1.2) w celu przetestowania (niechłodzonego) rozdzielacza.

Wendelstein 7-X podczas OP1.2b

W czerwcu 2018 r. rekordowa temperatura jonów wynosząca około 40 milionów stopni, gęstość 0,8 × 10 20 cząstek/m 3 i czas uwięzienia 0,2 sekundy dały rekordowy produkt syntezy jądrowej o wartości 6 × 10 26 stopni-sekund na metr sześcienny.

Podczas ostatnich eksperymentów z 2018 roku gęstość osiągnęła 2 × 10 20 cząstek/m 3 w temperaturze 20 milionów stopni. Przy dobrych wartościach plazmy uzyskano trwałe plazmy o długich czasach wyładowania wynoszących 100 sekund. Zawartość energii przekroczyła 1 megadżul.

W 2021 roku analiza danych ze spektrometru kryształów obrazowania rentgenowskiego zebranych w eksperymencie z 2018 roku znacznie zmniejszyła niepokojącą utratę ciepła w transporcie neoklasycznym . Zderzenia między ogrzanymi cząstkami powodują, że niektóre z nich uciekają z pola magnetycznego. Stało się tak za sprawą optymalizacji klatki pola magnetycznego, która była niezbędna do osiągnięcia rekordowych wyników.

Oś czasu

Data Wydarzenie
1980 Rozpoczęto planowanie
1994 Projekt zainicjowany
2005 Rozpoczął się montaż
2014 Zapoczątkowany
grudzień 2015 r Rozpoczęcie fazy operacyjnej OP1.1
2015 Udany test plazmy helu przy 1 MK przez ~0,1 s
2016 Plazma wodorowa przy 80 MK przez 0,25 s
marzec 2016 r Zakończ OP1.1, rozpocznij fazę aktualizacji
czerwiec 2017 r Rozpoczęcie fazy operacyjnej OP1.2
czerwiec 2018 r Potrójny iloczyn fuzji 6 × 10 26 stopni-sekundy/m 3
listopad 2018 r Zakończ OP1.2, rozpocznij fazę aktualizacji
sierpień 2022 Końcowy etap montażu z chłodnicami wodnymi zakończony
luty 2023 r Początek OP2, zademonstrowano działanie w stanie ustalonym przy wyższych poziomach mocy

Finansowanie

Wsparcie finansowe projektu wynosi około 80% z Niemiec i około 20% z Unii Europejskiej. 90% niemieckich funduszy pochodzi od rządu federalnego, a 10% od rządu kraju związkowego Meklemburgia-Pomorze Przednie . Całkowity koszt inwestycji w sam stellarator w latach 1997-2014 wyniósł 370 mln euro, podczas gdy całkowity koszt zakładu IPP w Greifswaldzie , w tym inwestycja plus koszty operacyjne (personel i zasoby materialne), wyniósł 1,06 mld euro w tym 18-letnim okresie. Przekroczyło to pierwotne szacunki budżetowe, głównie dlatego, że początkowa faza rozwoju była dłuższa niż oczekiwano, co podwoiło koszty personelu.

W lipcu 2011 roku prezes Towarzystwa Maxa Plancka , Peter Gruss , ogłosił, że Stany Zjednoczone przekażą 7,5 miliona dolarów w ramach programu „Innowacyjne podejście do syntezy jądrowej” Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych .

Instytucje współpracujące

Unia Europejska

Stany Zjednoczone

Japonia

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Współrzędne :

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Wendelstein_7-X&oldid=1141030418 ”