Wendelstein 7-AS - Wendelstein 7-AS

Wendelstein 7-AS
Garching Experiment Wendelstein 7-AS.jpg
Wendelstein 7-AS v Garchingu. Stelarátor - vzadu vpravo - je téměř zakryt diagnostickými a zahřívacími komponenty.
Typ zařízeníStellarátor
UmístěníGarching, Německo
PřidruženíMax Planck Institute for Plasma Physics
Technické specifikace
Major Radius2 m (6 ft 7 v)
Menší poloměr0,13–0,18 m (5,1 palce – 7,1 palce)
Objem plazmyCca. 1 m3
Magnetické poleaž 2,6 T (26 000 G)
Topný výkon5.3 MW
Doba vybíjeníaž do 2 s
Dějiny
Rok (y) provozu1988 – 2002
UspělWendelstein 7-X

Wendelstein 7-AS (zkráceně W7-AS, pro „Advanced Stellarator“) byl experimentální stellarator která byla v provozu od roku 1988 do roku 2002 Max Planck Institute for Plasma Physics (IPP) v Garching.[1][2] Byl to první z nové třídy pokročilých stellarátorů s modulárními cívkami, navržený s cílem vyvinout a reaktor pro jadernou fúzi k výrobě elektřiny. Pokus byl úspěšný Wendelstein 7-X, která začala stavět v roce 2006 Greifswald v roce 2002 byl dokončen v roce 2014 a zahájen provoz v prosinci 2015. Na rozdíl od svého předchůdce je cílem experimentu Wendelstein 7-X zkoumat vhodnost komponent navržených pro budoucí fúzní reaktor.[3]

Experimentální design

Pohled shora na systém magnetických cívek Wendelstein 7-AS. Poloha plazmy v ní je zobrazena červeně. Průřez plazmy se mění pětkrát podél prstence, každý ze svislého eliptického tvaru (vlevo dole) do tvaru slzy (vpravo dole) a zpět.
Jedna z charakteristik optimalizovaných nerovinných cívek vystavená v Deutsches Museum.

Wendelstein 7-AS byl a stellarator, zařízení, které generuje magnetické pole nezbytné pro uvěznění horkého vodík plazma přes cívky nesoucí proud mimo plazmu. Jsou potenciálními kandidáty na fúzní reaktory navržen pro nepřetržitý provoz, protože proud protéká výhradně na vnější straně stroje, na rozdíl od tokamak který vytváří uzavření magnetické pole ze proudu, který proudí dovnitř v samotné plazmě.

Wendelstein 7-AS byl první v řadě experimentů s IPP stellaratorem[4] s modulární cívkový systém, který vytváří zkroucená magnetická pole nezbytná k zadržení plazmy. Byl navržen tak, aby poskytoval magnetickým polím více stupně svobody což mu umožnilo přiblížit se k optimální teoretické konfiguraci.[5] Kvůli omezenému výpočetní výkon a potřeba rychle otestovat platnost konceptu na stellarátoru, jen částečné optimalizace magnetických polí bylo provedeno na Wendelstein 7-AS.[je nutné ověření ] Pouze na následném zařízení Wendelstein 7-X byla provedena úplná optimalizace kódu použitého ke generování polí.[6][7]

Technické specifikace

Technické specifikace Wendelstein 7-AS[2]
VlastnictvíHodnota
Hlavní poloměr2 m
Menší poloměr0,13 až 0,18 m
Magnetické poleaž 2,6 Tesla (≈ 500 000krát magnetické pole Země v Evropě)
Počet toroidních cívek45 modulárních, plochých cívek + 10 plochých přídavných cívek
Trvání plazmyaž 2 sekundy
Plazmové vytápění5,3 megawattů (2,6 MW mikrovlny + 2,8 MW vstřikování neutrálních částic)
Objem plazmy≈ 1 metr krychlový
Množství plazmy<1 miligram
Teplota elektronuaž 78 milionů K = 6,8 keV
Iontová teplota (vodík)až 20 milionů K = 1,7 keV (o něco více než teplota ve středu slunce)

Výsledky projektu

Pohled vakuovým oknem ve toroidním směru a podél plazmy ve W7-AS. „Studený“ okraj plazmy se jeví jasný a ve středu obrázku ukazuje baňaté ostrovní struktury, které tlačí proti grafitovým dlaždicím stěny (levá strana). Vyzařované teplo emitované v horkém středu plazmové trubice (pravá strana, přibližně 30 cm v průměru) je blízko rentgen spektrum a je pro kameru neviditelný; plazma se proto jeví jako difuzní a průhledná.

Následující experimentální výsledky potvrdily předpovědi částečně optimalizovaného modelu Wendelstein 7-AS a vedly k vývoji a konstrukci modelu Wendelstein 7-X:[8]

  • Magnetické pole dokázalo zachytit částice plazmy (většinou vodík) ionty a elektrony ) s vyššími tepelnými energiemi než jeho předchůdci. Toto vylepšení umožnilo dosáhnout teplot osmkrát vyšších, než je vnitřní teplota Slunce (uvnitř plazmatického kruhu pro elektrony), a o něco více (vnitřní teplota Slunce) pro vodíkové ionty.
  • Dále se ukázalo, že částečně optimalizovaný stellarátor se chová s ohledem na mimořádně „dobromyslně“ nestability plazmy, což má velký význam pro nepřetržitý provoz budoucího reaktoru. Nestability mohou vést k dočasnému ochlazení nebo ke ztrátě horkých částic plazmy, a tím ke snížení plazmatického tlaku a teplot uvnitř nádoby.
  • Na Wendelstein 7-AS byl úspěšně provozován takzvaný ostrovní divertor - poprvé na stellarátoru; toto odstraní kontaminanty z plazmy, která by dodatečně ochladila horkou plazmu uvnitř. Za tímto účelem byly linie magnetického pole na okraji plazmy deformovány tak, že více nabité ionty horké plazmy zasáhly cílené přepážkové desky a distribuovaly jejich energii co nejlevněji, čímž se zabránilo místnímu přehřátí.[9][10]
  • Wendelstein 7-AS byl prvním přístupem ke stellarátoru Režim H. (H pro „vysoké zadržení“), které bylo dříve přístupné pouze tokamakům. To mu umožňuje snadno dosáhnout podmínek vznícení fúzního reaktoru, protože plazma je schopna vyvinout izolační vrstvu tlustou několik centimetrů od okraje stroje, což umožňuje vyšší vnitřní teploty.

Reference

  1. ^ Renner, H; Anabitarte, E; Ascasibar, E; Besshou, S; Brakel, R; Burhenn, R; Cattanei, G; Dodhy, A; Dorst, D; Elsner, A; Engelhardt, K (1989). "Počáteční provoz pokročilého stellarátoru Wendelstein 7AS". Fyzika plazmy a řízená fúze. 31 (10): 1579–1596. Bibcode:1989PPCF ... 31.1579R. doi:10.1088/0741-3335/31/10/008. ISSN  0741-3335.
  2. ^ A b Hirsch, M; Baldzuhn, J; Beidler, C; Brakel, R; Burhenn, R; Dinklage, A; Ehmler, H; Endler, M; Erckmann, V; Feng, Y; Geiger, J (2008). "Hlavní výsledky od stellarátoru Wendelstein 7-AS". Fyzika plazmy a řízená fúze. 50 (5): 053001. doi:10.1088/0741-3335/50/5/053001. ISSN  0741-3335.
  3. ^ Clery, Daniel (21.10.2015). „Bizarní reaktor, který by mohl zachránit jadernou fúzi“. Věda | AAAS. Citováno 2020-06-16.
  4. ^ Grieger, G .; Renner, H .; Wobig, H. (1985). "Wendelsteinští hvězdáři". Jaderná fůze. 25 (9): 1231–1242. doi:10.1088/0029-5515/25/9/040. ISSN  0029-5515.
  5. ^ Chu, T. K.; Furth, H.P .; Johnson, J.L .; Ludescher, C .; Weimer, K.E. (1982). "Optimalizační techniky pro modulární stellarátorové cívky". Jaderná fůze. 22 (7): 871–881. doi:10.1088/0029-5515/22/7/001. ISSN  0029-5515.
  6. ^ Renner, H. (1988). „Experimentální program W VII-AS a projekce na W VII-X“. Sborník workshopů o Wendelsteinovi VII-X. 20 (18) - prostřednictvím Mezinárodního jaderného informačního systému.
  7. ^ Wanner, M .; tým W7-X (2000). "Cíle návrhu a stav projektu WENDELSTEIN 7-X". Fyzika plazmy a řízená fúze. 42 (11): 1179–1186. Bibcode:2000PPCF ... 42,1179 W.. doi:10.1088/0741-3335/42/11/304. ISSN  0741-3335.
  8. ^ Wagner, F .; Bäumel, S .; Baldzuhn, J .; Basse, N .; Brakel, R .; Burhenn, R .; Dinklage, A .; Dorst, D .; Ehmler, H .; Endler, M .; Erckmann, V. (2005). „W7-AS: Jeden krok řady stelarátorů Wendelstein“. Fyzika plazmatu. 12 (7): 072509. Bibcode:2005PhPl ... 12g2509W. doi:10.1063/1.1927100. ISSN  1070-664X.
  9. ^ Jaenicke, R; Baldzuhn, J; Erckmann, V; Geiger, J; Grigull, P; Hofmann, JV; Kick, M; Kisslinger, J; Kuhner, G; Maassberg, H; Niedermeyer, H (1995). "Pokusy s vysokým výkonem ohřevu na stellarátoru WENDELSTEIN 7-AS". Fyzika plazmy a řízená fúze. 37 (11A): A163 – A176. Bibcode:1995PPCF ... 37A.163J. doi:10.1088 / 0741-3335 / 37 / 11a / 010. ISSN  0741-3335.
  10. ^ McCormick, K .; Grigull, P .; Burhenn, R .; Brakel, R .; Ehmler, H .; Feng, Y .; Fischer, R .; Gadelmeier, F .; Giannone, L .; Hildebrandt, D .; Hirsch, M. (2003). „Experimenty s ostrovními směrovači na stellarátoru Wendelstein 7-AS“. Journal of Nuclear Materials. Interakce plazma-povrch v kontrolovaných fúzních zařízeních 15. 313-316: 1131–1140. Bibcode:2003JNuM..313.1131M. doi:10.1016 / S0022-3115 (02) 01506-4. ISSN  0022-3115.

externí odkazy