Стелларатор Wendelstein 7-X добился мирового рекорда для продукта слияния

0 1 491

Двумя ведущими концепциями для удержания высокотемпературной термоядерной плазмы являются токамак и стелларатор. Токамаки вращательно симметричны и используют большой плазменный ток для достижения удержания, тогда как стеллараторы не являются осе-симметричными и используют трехмерные катушки магнитного поля для скручивания поля и ограничения плазмы.

В результате стелларатора должно быть тщательно спроектировано, чтобы минимизировать коллизионное перемещение, возникающее из-за плохо ограниченных орбит частиц, что в противном случае вызвало бы чрезмерные потери мощности при высоких температурах плазмы.

В последнем эксперименте стелларатора Wendelstein 7-X были достигнуто более высокие температуры и плотности плазмы, более длинные импульсы и установлен мировой рекорд стелларатора для продукта слияния. Кроме того, было получено первое подтверждение концепции оптимизации, на которой основывается Wendelstein 7-X.

Wendelstein 7-X в Институте плазменной физики им. Макса Планка (IPP) в Грайфсвальде, является крупнейшем в мире аппаратом слияния стеллараторного типа, и исследует пригодность этой концепции для применения на электростанциях.

В отличие от первой фазы эксперимента в 2015/16 году, плазменный сосуд Wendelstein 7-X был оснащен новой внутренней оболочкой с сентября прошлого года. Стены теперь покрыты графитовой плиткой, что обеспечивает более высокие температуры и более длительные плазменные разряды.

С так называемым дивертором также можно контролировать чистоту и плотность плазмы: диверторные плитки следуют за скрученным контуром края плазмы в виде десяти широких полос вдоль стенки плазменного сосуда. Таким образом, они защищают, в частности, стенки, на которые ударяются частицы, выходящие из края плазменного кольца. Наряду с примесями, падающие частицы здесь нейтрализуются и откачиваются.

Смотрите также  Использование ДНК для долгосрочного хранения информации

«Первый опыт работы с новыми элементами стены очень положительный», — говорит профессор д-р Томас Санн Педерсен. В то как к концу первой кампании длительность импульса достигала шести секунд, то теперь он продолжается до 26 секунд. Энергия нагрева до 75 мегаджоулей может поступать в плазму, что в 18 раз больше, чем на первой фазе экперимента без дивертора. Мощность нагрева также может быть увеличена, что является предпосылкой для высокой плотности плазмы.

Таким образом было достигнуто рекордное значение для продукта слияния. Этот продукт температуры ионов, плотности плазмы и времени удержания энергии указывает, насколько близко приближается к значениям реактора, необходимым для воспламенения плазмы.

При температуре ионов около 40 миллионов градусов и плотности 0,8×1020 частиц на кубический метр Wendelstein 7-X достиг продукта слияния, обеспечивающего 6×1026 частиц на кубический метр, мировой рекорд стелларатора.

«Это отличный показатель для устройства такого размера, достигнутого, кроме того, в реальных условиях, т. е. при высокой температуре ионов плазмы», — говорит профессор Сунн Педерсен. удержания энергии является одним из лучших, когда-либо достигнутых в стеллараторах, как в абсолютных цифрах (τE> 100 мс), так и относительно шкалы удержания стелларатора. «Это внушает нам оптимизм для нашей дальнейшей работы» — говорят ученые.

Целью исследований в области термоядерного синтеза является разработка электростанции, благоприятной для климата и окружающей среды. Подобно Солнцу, она должна получать энергию от слияния атомных ядер. Поскольку синтез требует температур, превышающих 100 миллионов градусов, топливо, а именно: водородная низкой плотности, не должна соприкасаться с стенками холодного сосуда. Удерживаемая магнитными полями, она подвешена внутри вакуумной камеры практически без контакта.

Смотрите также  Новая квантовая критичность, обнаруженная в сверхпроводимости

Магнитная «клетка» Wendelstein 7-X производится кольцом из 50 сверхпроводящих магнитных катушек высотой около 3,5 метров. Их особые формы являются результатом сложных расчетов по оптимизации. Хотя Wendelstein 7-X не будет производить энергию, ученые надеются доказать, что стеллараторы подходят для применения на электростанциях.

Цель исследования — устройство должно продемонстрировать существенное преимущество стеллараторов, а именно: их способность работать в непрерывном режиме.


Больше информации: et al, Magnetic configuration effects on the Wendelstein 7-X stellarator, Nature Physics (2018). DOI: 10.1038/s41567-018-0141-9 

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x