Wendelstein 7-X

Wendelstein 7-X (W7-X) je experimentální zařízení pro studium vysokoteplotního plazmatu, které se nachází ve městě Greifswalde v Německu . Jeho stavba byla provedena Institutem pro fyziku plazmatu společnosti Maxe Plancka od roku 2005 do roku 2014. Účelem zařízení je otestovat průmyslovou vhodnost stelarátorového fúzního reaktoru a také výzkum a zlepšování technických komponentů a technologií v oblasti řízené termonukleární fúze .

Dne 10. prosince 2015 byla získána testovací plazma [1] .

Princip činnosti a pozadí

Předchůdcem Wendelstein 7-X byl Wendelstein 7-AS v provozu od roku 1988 do roku 2002 .

Cílem výzkumu je generovat energii pro fúzi atomových jader, podobnou reakci, ke které dochází na Slunci. Aby k reakci došlo, musí se plazma ze směsi izotopů vodíku deuteria a tritia zahřát na teploty nad 100 milionů °C. Izolace plazmatu potřebného k tomu je dosaženo uzavřením plazmatu do magnetického pole , k čemuž se využívá Lorentzova síla .

Od 50. let 20. století byly na principu toroidního tokamaku prováděny experimenty magnetické plazmy . Na rozdíl od tokamaku nemá stelarátor azimutální symetrii.

Účelem Wendelstein 7-X je prozkoumat možnosti tohoto typu reaktoru. U 30minutových běhů budou zkoumány základní vlastnosti a testován dlouhodobý výkon.

Název „Wendelstein“ je „nápovědou“ k dřívějším experimentům: protože první reaktory typu stelarator postavila Princetonská univerzita pod názvem Mount Matterhorn , němečtí tvůrci reaktoru si také vybrali Mount Wendelstein v bavorských Alpách . jako jméno .

Zařízení

Hlavním detailem Wendelstein 7-X je velký toroid o vnějším průměru 11 m. V něm je rotující plazma uzavřena v magnetickém poli tak, že se nedotýká stěn. Magnetický systém se skládá z 20 planárních supravodivých magnetických cívek a 50 neplanárních teplých cívek o výšce 3,5 m. Těchto 50 zakřivených cívek se používá k vytvoření profilu magnetického pole.

Kapalné helium ochlazené na teplotu blízkou absolutní nule ochlazuje magnetické cívky.

Dalšími částmi jsou kryostat , plazmová komora a převaděč . Kryostat, tepelně izolační zařízení nutné k udržení teploty supravodivosti magnetických cívek, má průměr 16m.

Technické údaje

Vedoucí projektu - prof. Thomas Klinger.

Financování

Potřebná výše investic oproti plánované vzrostla o 56 %. Wendelstein 7-X je financován z 33 % Evropskou unií, Německem  ze 60 % a státem Meklenbursko-Přední Pomořansko  ze 7 %, celkový rozpočet je asi 423 milionů eur .

V červenci 2011 vyšlo najevo, že podle Institutu Maxe Plancka se k projektu připojily Spojené státy s podílem 7,5 milionu dolarů v rámci programu Innovative Approaches to Fusion.

Funkční

• Instalace byla dokončena v květnu 2014 [2] .

• Během prvních dvou let provozu byla délka startů při vysokém výkonu 8-10 MW omezena na cca 5-10 sekund. Následovala zhruba rok a půl pauza ve výrobě, během níž byla instalace modernizována pro dlouhodobý provoz. [3]

• První fáze provozu začala v roce 2015 a skončila po 3 měsících. Namísto předchozích plánů získat plazmu pomocí deseti testovacích odklonů bylo rozhodnuto omezit první plazmu na pět grafitových omezovačů.

• Druhá fáze zahrnuje rozšíření omezovací membrány, instalaci zkušebních převaděčů, montáž a připojení komponentů v kontaktu s plazmou - podle plánů potrvá fáze jeden rok.
• Zahájení třetí fáze s připojenými zkušebními odbočovači je plánováno na rok 2016.

• V dubnu 2015 webová stránka ITER oznámila, že magnetický systém stelarátoru byl již ochlazen na provozní teplotu. Vakuová komora je utěsněna, jednoho z těchto dnů začne její evakuace [4] .

• 10. července 2015 prošel supravodivý magnetický systém prvním testem. Cívky byly nejprve zkontrolovány jedna po druhé, poté byla energie aplikována na celou sadu cívek. Bylo dosaženo jmenovitého proudu 12,8 kA. Získaná data se ukázala být blízká vypočteným [5] .

• 10. prosince 2015 bylo získáno první plazma stelarátoru [1] . První experimenty byly prováděny s heliovým plazmatem udržovaným po dobu 1-2 sekund. Toto řešení je dáno tím, že helium se snadněji ionizuje (ve srovnání s vodíkem). Od konce ledna 2016 je plánováno zahájení experimentu s vodíkovým plazmatem na stelarátoru [6] .

• 3. února 2016 provedl stelarátor první jednoduchý vodíkový experiment . Experiment spočíval v zahřívání určitého množství vodíku. Symbolické startovací tlačítko stiskla německá kancléřka Angela Merkelová . Tento záblesk otevírá celou sérii experimentů na zadržení plazmy v zařízení stelarátorového typu [7] .

• Dokončení plně chlazených převaděčů vysokého tepelného toku z hlediska dlouhodobého provozu zabere přibližně 2 roky. V roce 2019 začne druhá série testů s plazmovými pulzy v délce 30 minut [8] .

• Dne 30. listopadu 2016 publikovali účastníci projektu v časopise Nature Communications článek, ve kterém se ukázalo, že tvar magnetického pole byl stanoven projektem. [9]

• 11. září 2017 web ITER oznámil, že stelarátor po 15měsíčním upgradu opět funguje. Upgrade spočíval v instalaci 8 000 grafitových dlaždic, devíti přepínacích sekcí a připojení všech deseti vysokofrekvenčních ohřívačů projektu. [deset]

• Během posledních experimentů v roce 2018, provedených v reaktoru Wendelstein 7-X, bylo získáno vysokoteplotní plazma o vyšší hustotě, byla prodloužena doba zadržení plazmatu a dosud byla zaznamenána rekordní koncentrace produktů fúzní reakce. To vše svědčí o tom, že modernizace konstrukce a optimalizace provozních režimů reaktoru přinesly své ovoce. A nyní reaktor Wendelstein 7-X prochází další modernizací a připravuje se na nové rekordy, které začne nastavovat na podzim 2018 [11] .

Partneři

• Institut pro fyziku plazmatu Společnosti Maxe Plancka
• Univerzita v Greifswaldu
• Technická univerzita v Berlíně

Viz také

• tokamak
• JET (Joint European Torus)
• ITER
• Velké spirálové zařízení
• Wendelstein 7-AS
• Hurikán 3 (Charkov)
• National Ignition Facility
• Z-stroj
• Fúzní reaktor Lockheed Martin
• Supravodivost

Poznámky

1. ↑ 1 2 Erstes Plasma: Fusionsanlage Wendelstein 7-X v Betrieb gegangen. Archivováno 10. prosince 2015 na Wayback Machine  (německy)
2. ↑ Die Betriebsvorbereitungen für Wendelstein 7-X beginnen Archivováno 22. ledna 2015 na Wayback Machine  (německy)
3. ↑ MPI/IPP: Wendelstein 7-X Advisory No.1 Archived 2011-04-12 . / duben 2008   (německy)
4. ↑ W7-X stelarator: krok za krokem k první plazmě. Archivováno 13. dubna 2015 na Wayback Machine 
5. ↑ Fúzní zařízení Wendelstein 7-X o krok blíže k první plazmě Archivováno 11. července 2015 na Wayback Machine 
6. ↑ Datum spuštění německého fúzního reaktoru bylo stanoveno , Lenta.ru  (2. prosince 2015). Archivováno z originálu 4. prosince 2015. Staženo 4. prosince 2015.
7. ↑ Německo právě zapnulo nový experimentální fúzní reaktor Archivováno 3. února 2016 na Wayback Machine // ITER , 3. února 2016 
8. ↑ NEWSLETTER č. 10/ srpna 2014 . Archivováno 6. února 2015 na Wayback Machine  (německy)
9. ↑ Potvrzení topologie magnetického pole Wendelstein 7-X na lepší než 1:100 000 Archivováno 4. prosince 2016 na Wayback Machine 
10. ↑ Wendelstein stelarator Druhé kolo experimentování Archivováno 12. září 2017 na Wayback Machine // ITER, 11. září   2017
11. ↑ „Wendelstein 7-X dosáhl světového rekordu pro fúzní produkt“ Archivováno 30. června 2018 na Wayback Machine Phys.org, 25. června 2018

Odkazy

• Web Wendelstein 7-X Archivováno 6. prosince 2015 na Wayback Machine (Max-Planck-Institut für Plasmaphysik   ) .
• V. Bykov a kol., "Structural analysis of W7-X: Overview", Fusion Engineering and Design (2009) Vol. 84, č.p. 2-6, 215-219 Archivováno 4. března 2016 na Wayback Machine  .
• Stellarator L-2M Archivováno 20. října 2016 na Wayback Machine