Wendelstein 7-X - Wendelstein 7-X
Cihaz tipi | yıldız |
---|---|
Konum | Greifswald , Almanya |
Üyelik | Max Planck Plazma Fiziği Enstitüsü |
Teknik özellikler | |
ana yarıçap | 5,5 m (18 ft) |
küçük yarıçap | 0,53 m (1 ft 9 inç) |
plazma hacmi | 30 m 3 |
Manyetik alan | 3T (30.000 G) |
ısıtma gücü | 14 MW |
plazma sıcaklığı | (6–13) × 10 7 K |
Tarih | |
Operasyon Yıl(lar)ı | 2015–günümüz |
Öncesinde | Wendelstein 7-AS |
Wendelstein 7-X (kısaltılmış W7-X ) reaktör deneysel olduğu stellatör inşa Greifswald , Almanya tarafından, Plazma Fiziği Max Planck Enstitüsü'nde (IPP) ve Ekim 2015 Bunun amacı avans stellatör teknolojisine olduğu tamamlanmıştır: Bu olsa deneysel reaktör elektrik üretmeyecek, gelecekteki bir füzyon santralinin ana bileşenlerini değerlendirmek için kullanılıyor ; önceki Wendelstein 7-AS deneysel reaktörüne dayalı olarak geliştirilmiştir .
2015 itibariyle, Wendelstein 7-X reaktörü en büyük yıldız cihazıdır. 2021'de 30 dakikaya kadar sürekli plazma deşarjı sağlayacak şekilde tasarlanmıştır, böylece gelecekteki bir füzyon santralinin temel bir özelliğini gösterir: sürekli çalışma.
Bavyera'daki Wendelstein dağına atıfta bulunan projenin adı , 1950'lerin sonunda, Princeton Üniversitesi'nden Project Matterhorn adı altında önceki projeye atıfta bulunarak karar verildi .
Araştırma tesisi, Greifswald Üniversitesi ile Max-Planck Plazma Fiziği Enstitüsü'nün bağımsız bir ortak projesidir .
Tasarım ve ana bileşenler
Wendelstein 7-X cihazı, beş alanlı bir Helias konfigürasyonuna dayanmaktadır . Esas olarak , plazmanın reaktör duvarlarıyla çarpışmasını önleyen bir manyetik alanı indükleyen, 3.5 m yüksekliğinde 50 düzlemsel olmayan ve 20 düzlemsel süper iletken manyetik bobinden oluşan bir toroiddir . 50 düzlemsel olmayan bobin manyetik alanı ayarlamak için kullanılır. Bu hedefler , plazma yoğunluğu 3 x 10 20 metre küp başına partikülleri ve bir plazma sıcaklığı 60-130 arasında megakelvins (MK).
Ana bileşenler manyetik bobinler, kriyostat , plazma kabı, saptırıcı ve ısıtma sistemleridir.
Bobinler ( alüminyumda NbTi ), kriyostat adı verilen 16 metre çapında bir ısı yalıtım kaplamasının etrafına yerleştirilmiştir. Bir soğutma cihazı, mıknatısları ve muhafazalarını (yaklaşık 425 metrik ton "soğuk kütle") süper iletkenlik sıcaklığına (4 K) soğutmak için yeterli sıvı helyum üretir . Bobinler 12.8 kA akım taşıyacak ve 3 teslaslık bir alan oluşturacaktır .
20 parçadan oluşan plazma kabı içeride, manyetik alanın karmaşık şekline göre ayarlanmış. Plazma ısıtma ve gözlem teşhisi için 254 bağlantı noktasına (delik) sahiptir. Tüm tesis, deney salonunda bir araya getirilmiş neredeyse aynı beş modülden yapılmıştır.
Isıtma sistemi, sürekli çalışabilen ve çalışma aşamasında 80 MJ verebilen elektron siklotron rezonans ısıtması (ECRH) için 10 megavatlık mikrodalgalar içerir 1.2. Operasyonel aşama 2 (OP-2) için, tam zırh/su soğutmanın tamamlanmasından sonra, 10 saniye boyunca 8 megawatt'a kadar nötr ışın enjeksiyonu da mevcut olacaktır. OP1.2'de fizik işlemi için bir iyon siklotron rezonans ısıtma (ICRH) sistemi mevcut olacaktır.
Çeşitli tamamlayıcı teknolojilere dayanan bir sensörler ve problar sistemi , elektron yoğunluğu ve elektron ve iyon sıcaklığının yanı sıra önemli plazma safsızlıklarının ve radyal elektrik profillerinin profilleri de dahil olmak üzere plazmanın temel özelliklerini ölçecektir. elektron ve iyon parçacıklarının taşınmasından kaynaklanan alan.
Tarih
Proje için Alman finansman düzenlemesi 1994 yılında müzakere edildi ve yakın zamanda entegre olan Doğu Almanya'nın kuzeydoğu köşesinde IPP'nin Greifswald Şube Enstitüsü kuruldu . Yeni binası 2000 yılında tamamlandı. Stellaratörün inşaatının başlangıçta 2006'da tamamlanması bekleniyordu. Montaj Nisan 2005'te başladı. Bobinlerle ilgili sorunların giderilmesi yaklaşık 3 yıl sürdü. Takvim 2015'in sonlarına doğru kaydı.
Üç laboratuvarlı bir Amerikan konsorsiyumu (Princeton, Oak Ridge ve Los Alamos) projeye ortak oldu ve nihai toplam maliyetin 1,06 milyar Avro'nun 6,8 milyon Avro'sunu ödedi. 2012 yılında, Princeton Üniversitesi ve Max Planck Topluluğu, plazma fiziğinde W7-X araştırmalarını da içerecek yeni bir ortak araştırma merkezini duyurdu.
1 milyon saatin üzerinde montaj saatini gerektiren inşaat aşamasının sonu, 20 Mayıs 2014 tarihinde bir açılış töreni ile resmi olarak işaretlendi. 2014 yazında başlayan bir gemi sızıntı kontrolünden sonra, kriyostat tahliye edildi ve mıknatıs testi Temmuz 2015'te tamamlandı.
Operasyonel faz 1 (OP1.1) 10 Aralık 2015'e başladı. O gün reaktör yaklaşık 0,1 s boyunca başarılı bir şekilde helyum plazması (yaklaşık 1 MK sıcaklıkta) üretti. Boşaltılan plazma kabına enjekte edilen yaklaşık 1 mg helyum gazı ile bu ilk test için, kısa bir 1.3 MW darbe için mikrodalga ısıtma uygulandı.
OP 1.1'in amacı, en önemli sistemlerin entegre testini mümkün olduğunca çabuk yapmak ve makinenin fiziği ile ilk deneyimi kazanmaktı.
Aralık ve Ocak aylarında, kademeli olarak artan sıcaklıklarla nihayet altı milyon santigrat dereceye ulaşan 300'den fazla helyum deşarjı yapıldı, vakum kabı duvarlarını temizlemek ve plazma teşhis sistemlerini test etmek için. Ardından, 3 Şubat 2016'da ilk hidrojen plazmasının üretimi bilim programını başlattı. En yüksek sıcaklıktaki plazmalar, bir saniye süren dört megavatlık mikrodalga ısıtıcı darbeleriyle üretildi; plazma elektron sıcaklıkları 100 MK'ye, iyon sıcaklıkları ise 10 MK'ye ulaştı. Kapatılmadan önce 2.000'den fazla darbe gerçekleştirildi.
Bu tür testlerin yaklaşık bir ay sürmesi planlandı, ardından vakum kabının açılması ve koruyucu karbon karolarla kaplanması ve plazmadan yabancı maddelerin ve ısının uzaklaştırılması için bir "yönlendirici" takılması için planlı bir kapatma yapıldı. Bilim programı, kademeli olarak deşarj gücü ve süresi artırılarak devam etti. Özel manyetik alan topolojisi 2016 yılında onaylandı.
Operasyonel aşama 1 (OP1.1) 10 Mart 2016'da sona erdi ve bir yükseltme aşaması başladı.
İşletim aşaması 1, (soğutulmamış) saptırıcıyı test etmek için 2017'de devam etti (OP1.2).
İşletme aşaması 2 (OP2), soğutmalı saptırıcıyı test etmek için 2021'in sonunda planlanıyor. COVID-19 nedeniyle yükseltme biraz yavaşladı/gecikti; plazma deneylerinin 2022'den önce devam etmesi bekleniyor.
Haziran 2018 yılında 40 milyondan yaklaşık derecelik bir kayıt iyon sıcaklığı, 0.8 x 10 bir yoğunluk 20 parçacık / m 3 , ve 0.2 saniyelik bir sınırlandırıcı süresi 6 x 10 bir kayıt füzyon ürünü vermiştir 26 metre küp başına derecesi-saniye.
2018 son deneyler sırasında, yoğunluğu 2 x 10 ulaştığı 20 partikülleri / m 3 , 20 milyon derece bir sıcaklıkta gerçekleştirilir. İyi plazma değerleri ile 100 saniyelik uzun deşarj süreleri olan uzun ömürlü plazmalar elde edildi. Enerji içeriği 1 megajoule'u aştı.
2021'de, 2018 deneyinde toplanan X-ışını görüntüleme kristal spektrometre verilerinin bir analizi, sorunlu neoklasik taşıma ısı kaybını önemli ölçüde azalttı . Isıtılmış parçacıklar arasındaki çarpışmalar, bazılarının manyetik alandan kaçmasına neden olur. Bunun nedeni, rekor sonuçlara ulaşmak için gerekli olan manyetik alan kafesi optimizasyonuydu.
Zaman çizelgesi
Tarih | Etkinlik |
---|---|
1980 | Planlama başlatıldı |
1994 | Proje başlatıldı |
2005 | Montaj başladı |
2014 | Açılışını yapmak |
Aralık 2015 | Operasyonel aşamaya başlayın OP1.1 |
2015 | ~0.1 s için 1 MK'de başarılı helyum plazma testi |
2016 | 0.25 s için 80 MK'de hidrojen plazması |
Mart 2016 | OP1.1'i sonlandırın, yükseltme aşamasına başlayın |
Haziran 2017 | OP1.2 işletim aşamasına başlayın |
Haziran 2018 | 6 × 10 26 derece-saniye/m 3 füzyon üçlü çarpımı |
Kasım 2018 | OP1.2'yi sonlandırın, yükseltme aşamasına başlayın |
~2022 (planlanan) | OP2 (kararlı durum çalışması) |
finansman
Proje için mali destek Almanya'dan yaklaşık %80 ve Avrupa Birliği'nden yaklaşık %20'dir. Alman fonlarının %90'ı federal hükümetten ve %10'u Mecklenburg-Vorpommern eyalet hükümetinden geliyor . Greifswald'daki IPP sahasının yatırım artı işletme maliyetleri (personel ve malzeme kaynakları) dahil toplam maliyeti , bu 18 yıllık dönem için 1,06 milyar Euro'yu bulurken, stellarator'ın 1997-2014 yılları arasındaki toplam yatırımı 370 milyon Euro'yu buldu . Bu, esas olarak ilk geliştirme aşamasının beklenenden daha uzun olması ve personel maliyetlerini ikiye katlaması nedeniyle orijinal bütçe tahminini aştı.
Temmuz 2011'de, Başkanı Max Planck Kurumu , Peter Gruss , Amerika Birleşik Devletleri programı kapsamında bir "Fusion Yenilikçi Yaklaşımlar" $ 7,5 milyon katkı sağlayacağını açıkladı ABD Enerji Departmanı .
İşbirliği yapılan kurumlar
Avrupa Birliği
- FJFI Charles Üniversitesi (Çek Cumhuriyeti)
- Berlin Teknik Üniversitesi (Almanya)
- Greifswald Üniversitesi (Almanya)
- Forschungszentrum Jülich (Almanya)
- Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü (Almanya)
- Stuttgart Üniversitesi'nde (Almanya) Arayüzeysel İşlem Mühendisliği ve Plazma Teknolojisi Enstitüsü (IGVP )
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt (Almanya)
- Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatifleri (CEA; Fransa)
- Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT; İspanya)
- Krakov Nükleer Fizik Enstitüsü ve Ulusal Nükleer Araştırma Merkezi (Polonya)
- Plazma Fiziği ve Lazer Mikrofüzyon Enstitüsü, Varşova (Polonya)
- Macar Bilimler Akademisi KFKI Parçacık ve Nükleer Fizik Araştırma Enstitüsü (Macaristan)
- Üçlü Euregio Kümesi (Almanya/Belçika/Hollanda)
- Danimarka Teknik Üniversitesi (DTU) (Danimarka)
- Eindhoven Teknoloji Üniversitesi (Hollanda)
Amerika Birleşik Devletleri
- Los Alamos Ulusal Laboratuvarı
- Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı
- Princeton Plazma Fizik Laboratuvarı
- Wisconsin-Madison Üniversitesi
- Massachusetts Teknoloji Enstitüsü
- Auburn Üniversitesi
- Xantho Technologies, LLC
Japonya
Ayrıca bakınız
- Füzyon gücü
- Benzer yıldızlaştırıcılar:
- Büyük Helisel Cihaz , Japonya, Heliotron, süper iletken (1998– )
- Helisel Simetrik Deney , ABD, Yarı Helisel Simetrik
- Ulusal Kompakt Stellarator Deneyi , üç saha periyodu Helias konfigürasyonu - benzer bobin sorunları vardı - inşaat 2008'de durduruldu