Wendelstein 7-X:Anden forsøgsrunde startede

Plasmaforsøgene i Wendelstein 7-X fusionsenheden ved Max Planck Institute for Plasma Physics (IPP) i Greifswald, Tyskland, er blevet genoptaget efter en 15-måneders konverteringspause. Udvidelsen har gjort enheden egnet til højere varmeeffekt og længere pulser. Dette gør det nu muligt at afprøve det optimerede koncept af Wendelstein 7-X. Wendelstein 7-X, verdens største fusionsenhed af stellarator-typen, er at undersøge dens egnethed til et kraftværk.

Udover nye varme- og målefaciliteter, over 8, 000 grafitvægfliser og ti omledermoduler er blevet installeret i plasmabeholderen siden marts sidste år, dvs. den planlagte afslutning af den første forsøgsfase. Denne beklædning skal beskytte karvæggene og tillade højere temperaturer og plasmaudledninger, der varer 10 sekunder i kommende eksperimenter.

En særlig funktion udøves her af de ti sektioner af diverteren:Som brede strimler på væggen af ​​plasmabeholderen, divertor-fliserne passer nøjagtigt til plasmakantens snoede kontur. De beskytter således især de vægområder, hvortil partikler, der undslipper fra kanten af ​​plasmaringen, er specifikt rettet. Sammen med uønskede urenheder neutraliseres de stødende partikler og pumpes væk. Aflederen er således et vigtigt værktøj til regulering af plasmaets renhed og tæthed.

Den mindre forgænger, Wendelstein 7-AS stellarator på IPP i Garching, havde allerede givet opmuntrende resultater i afledertests. Men ikke før den meget større efterfølger, Wendelstein 7-X ved Greifswald, kom geometriforholdene op til kraftværkets størrelse, især forholdet mellem afledningsarealet og plasmavolumenet. "Vi er derfor meget begejstrede for, at vi nu for første gang er i stand til at undersøge, om divertor-konceptet for en optimeret stellarator virkelig kan fungere ordentligt", siger projektleder professor Thomas Klinger. Disse tests vil spille en stor rolle:Mange detaljerede undersøgelser vil omhyggeligt kontrollere, hvordan plasmaet skal styres, og hvilke magnetfeltstrukturer og opvarmning og genopfyldningsmetoder der er mest vellykkede.

Nylige måleinstrumenter vil også for første gang tillade observation af turbulens i plasmaet:De små hvirvler har indflydelse på, hvor vellykket magnetisk indeslutning og termisk isolering af det varme plasma er, disse er vigtige parametre for et fremtidigt kraftværk, fordi de bestemmer plantens størrelse og dermed dens økonomiske fordel. "Vi vil for første gang være i stand til at kontrollere, om teoriens lovende forudsigelser for en fuldstændig optimeret stellarator er korrekte. Sammenlignet med tidligere enheder, Wendelstein 7-X forventes at give ret nye, muligvis endnu bedre, betingelser", siger Thomas Klinger.

Da alle ti mikrobølgesendere til mikrobølgeopvarmning af plasmaet i mellemtiden er klar til brug, dette vil tillade en højere energigennemstrømning og plasmaer med højere tæthed. Det vil nu være muligt at hæve energien til 80 megajoule, når alle versioner af mikrobølgeopvarmningen er blevet tacklet og testet, sammenlignet med 4 megajoule i 2016. Den temmelig lave plasmatæthed hidtil kan nu mere end fordobles for at opnå værdier, der opfylder kraftværkets krav.

Dette har betydelige konsekvenser:Først skal plasmadensiteten være tilstrækkelig til at lade elektroner og ioner udveksle energi effektivt. Tidligere, mikrobølgeopvarmningen havde kun været i stand til at opvarme stort set kun elektronerne. I stedet for varme elektroner med 100 millioner grader og kolde ioner med 10 millioner grader som hidtil vil elektronerne og ionerne i det nye plasma have næsten lige store temperaturer på op til 70 millioner grader. Dette bør også forbedre den termiske isolering af plasmaet. Mens det hidtil kun var et øvre gennemsnit i forhold til størrelsen af ​​enheden, effekten af ​​at optimere Wendelstein 7-X skulle nu blive synlig:"Det bliver meget spændende", fastslår Thomas Klinger.

Baggrund

Formålet med fusionsforskningen er at udvikle et kraftværk, der er gunstigt for klimaet og miljøet. Som solen, det er at hente energi fra fusion af atomkerner. Da fusionsilden ikke antændes, før temperaturer over 100 millioner grader er nået, brændstoffet, dvs. et hydrogenplasma med lav densitet, bør ikke komme i kontakt med kolde karvægge. Begrænset af magnetiske felter, den svæver inde i et vakuumkammer med næsten ingen kontakt.

Det magnetiske bur i Wendelstein 7-X er dannet af en ring af 50 superledende magnetspoler, der er omkring 3,5 meter høje. Deres specielle former er resultatet af sofistikerede optimeringsberegninger. Selvom Wendelstein 7-X ikke er beregnet til at producere energi, apparatet skulle bevise, at stellaratorer er egnede til kraftværker. For første gang er kvaliteten af ​​plasma-indeslutningen i en stellarator at nå niveauet for konkurrerende anordninger af tokamak-typen.

Til dette formål, yderligere stadier af ændringer er under planlægning. For eksempel, divertorens grafitfliser skal om få år udskiftes med kulfiberforstærkede kulstofelementer, der desuden er vandkølede. Dette vil tillade udladninger, der varer op til 30 minutter, hvor det kan testes, om Wendelstein 7-X vil nå sine optimeringsmål på lang sigt:På denne måde skal enheden demonstrere den væsentlige fordel ved stjernetegn, dvs. deres evne til kontinuerlig drift.