Wendelstein 7-X konceptet beviser sin effektivitet

Et af de vigtigste optimeringsmål bag Wendelstein 7-X fusionsenheden ved Max Planck Institute for Plasma Physics (IPP) i Greifswald er nu blevet bekræftet. En analyse foretaget af IPP-forskere i tidsskriftet Natur viser:I det optimerede magnetfeltbur, plasmaets energitab reduceres på den ønskede måde. Wendelstein 7-X har til formål at bevise, at ulemperne ved tidligere stellaratorer kan overvindes, og at enheder af stellaratortypen er velegnede til kraftværker.

Den optimerede Wendelstein 7-X stellarator, som trådte i drift for fem år siden, har til formål at demonstrere, at fusionsanlæg af stellarator-typen er velegnede til kraftværker. Det magnetiske felt, som omslutter det varme plasma og holder det væk fra karvæggene, blev planlagt med stor teoretisk og beregningsmæssig indsats på en sådan måde, at ulemperne ved tidligere stellaratorer undgås. Et af de vigtigste mål var at reducere plasmaets energitab, som er forårsaget af krusningen af ​​magnetfeltet. Dette er ansvarligt for plasmapartikler, der driver udad og går tabt på trods af at de er bundet til magnetfeltlinjerne.

I modsætning til de konkurrerende enheder af tokamak-typen, for hvilket dette såkaldte "neo-klassiske" energi- og partikeltab ikke er et stort problem, det er en alvorlig svaghed hos konventionelle stjerner. Det får tabene til at stige så meget med stigende plasmatemperatur, at et kraftværk designet på dette grundlag ville blive meget stort og dermed meget dyrt.

I tokamaks, på den anden side - takket være deres symmetriske form - er tabene på grund af magnetfelt-rippelen kun små. Her, energitabet er hovedsageligt bestemt af små hvirvelbevægelser i plasmaet, ved turbulens - som også tilføjes som en tabskanal i stjernebilleder. Derfor, for at indhente tokamakkernes gode indeslutningsegenskaber, sænkning af de neoklassiske tab er en vigtig opgave for stjerneoptimering. Derfor, magnetfeltet i Wendelstein 7-X blev designet til at minimere disse tab.

I en detaljeret analyse af de eksperimentelle resultater af Wendelstein 7-X, videnskabsmænd ledet af Dr. Craig Beidler fra IPP's Stellarator Theory Division har nu undersøgt, om denne optimering fører til den ønskede effekt. Med de hidtil tilgængelige varmeapparater, Wendelstein 7-X har allerede været i stand til at generere højtemperaturplasmaer og sætte stjernerekorden for "fusionsproduktet" ved høj temperatur. Dette produkt af temperatur, plasmatæthed og energiindeholdelsestid angiver, hvor tæt du kommer på værdierne for et brændende plasma.

Et sådant rekordplasma er nu blevet analyseret i detaljer. Ved høje plasmatemperaturer og lave turbulente tab, de neoklassiske tab i energibalancen kunne godt spores her:de tegnede sig for 30 procent af varmeeffekten, en betydelig del af energibalancen.

Effekten af ​​neoklassisk optimering af Wendelstein 7-X er nu vist ved et tankeeksperiment:Det blev antaget, at de samme plasmaværdier og profiler, som førte til rekordresultatet i Wendelstein 7-X, også blev opnået i planter med et mindre optimeret magnetfelt . Derefter blev de neoklassiske tab, der kunne forventes dér, beregnet - med et klart resultat:de ville være større end den tilførte varmeeffekt, hvilket er en fysisk umulighed. "Dette viser, siger professor Per Helander, leder af Stellarator Theory Division, "at plasmaprofilerne observeret i Wendelstein 7-X kun er tænkelige i magnetiske felter med lave neoklassiske tab. Omvendt, dette beviser, at optimering af Wendelstein-magnetfeltet med succes sænkede de neoklassiske tab".

Imidlertid, plasmaudladningerne har hidtil kun været korte. For at teste Wendelstein-konceptets ydeevne i kontinuerlig drift, en vandkølet vægbeklædning monteres pt. Udstyret på denne måde, forskerne vil gradvist arbejde sig op til 30 minutter lange plasmaer. Derefter vil det være muligt at kontrollere, om Wendelstein 7-X også kan opfylde sine optimeringsmål i kontinuerlig drift - den største fordel ved stjernerne.

Baggrund

Formålet med fusionsforskningen er at udvikle et klima- og miljøvenligt kraftværk. Ligesom solen, det er at generere energi fra fusionen af ​​atomkerner. Fordi fusionsbranden kun antændes ved temperaturer over 100 millioner grader, brændstoffet - et brintplasma med lav densitet - må ikke komme i kontakt med kolde beholdervægge. Holdt af magnetiske felter, den flyder næsten berøringsfrit inde i et vakuumkammer.

Det magnetiske bur i Wendelstein 7-X er skabt af en ring af 50 superledende magnetspoler. Deres specielle former er resultatet af sofistikerede optimeringsberegninger. Med deres hjælp, kvaliteten af ​​plasma indeslutning i en stellarator er at nå niveauet af konkurrerende tokamak-type faciliteter.