Wendelstein 7 -X - Wendelstein 7-X

Wendelstein 7-X
Wendelstein7-X Torushall-2011.jpg
W7-X i 2011
Enhetstype Stellarator
plassering Greifswald , Tyskland
Tilhørighet Max Planck Institute for Plasma Physics
Tekniske spesifikasjoner
Stor radius 5,5 m (18 fot)
Mindre radius 0,53 m (1 fot 9 tommer)
Plasmavolum 30  m 3
Magnetfelt 3 T (30.000 G)
Varmekraft 14  MW
Plasma temperatur (6–13) × 10 7  K
Historie
Driftsår 2015 - i dag
Foregitt av Wendelstein 7-AS
Stellaratorskjema - spolesystem (blått), plasma (gult), en magnetfeltlinje (grønn) på plasmaoverflaten.
Wendelstein 7-X forskningskompleks i Greifswald, eksperimenthall til venstre.
Superledende mateledninger festes til de superledende plane spolene, 2008
Konstruksjon i mai 2012. Synlig er torus, forskjøvet i testcellen, og den store kranen. Legg merke til arbeiderne for skala.
Vidvinkel i innsiden av stjernen , som viser de rustfrie dekkplatene og de vannkjølte kobberunderlagsplatene som til slutt vil bli dekket av grafittfliser og fungere som rustning for å beskytte mot plasma/vegg-interaksjoner.

Den Wendelstein 7-X (forkortet W7-X ) reaktor er en eksperimentell stellarator bygget i Greifswald , Tyskland , ved Max Planck Institute for Plasma Physics (IPP), og gjennomført i oktober 2015. Formålet er å forhånd stellarator teknologi: om dette eksperimentell reaktor vil ikke produsere elektrisitet, den brukes til å evaluere hovedkomponentene i et fremtidig fusjonskraftverk ; den ble utviklet basert på forgjengeren Wendelstein 7-AS eksperimentelle reaktor.

Fra 2015 er Wendelstein 7-X-reaktoren den største stjernestasjonen. Den er designet for å oppnå innkapsling av opptil 30 minutter med kontinuerlig plasmautladning i 2021, og demonstrerer dermed et vesentlig trekk ved et fremtidig fusjonskraftverk: kontinuerlig drift.

Navnet på prosjektet, med henvisning til fjellet Wendelstein i Bayern, ble bestemt på slutten av 1950 -tallet, med referanse til det foregående prosjektet fra Princeton University under navnet Project Matterhorn .

Forskningsanlegget er et uavhengig partnerprosjekt av Max-Planck Institute for Plasma Physics med University of Greifswald .

Design og hovedkomponenter

Wendelstein 7-X-enheten er basert på en Helias-konfigurasjon med fem feltperioder . Det er hovedsakelig en toroid , bestående av 50 ikke-plane og 20 plane superledende magnetiske spoler , 3,5 m høye, som induserer et magnetfelt som forhindrer at plasma kolliderer med reaktorveggene. De 50 ikke-plane spolene brukes til å justere magnetfeltet. Den sikter mot en plasmatetthet på 3 × 10 20 partikler per kubikkmeter, og en plasmatemperatur på 60–130  megakelvin (MK).

Hovedkomponentene er de magnetiske spolene, kryostat , plasmakar, avleder og varmesystemer.

Spolene ( NbTi i aluminium) er anordnet rundt en varmeisolerende kledning med en diameter på 16 meter, kalt kryostaten. En kjøleanordning produserer nok flytende helium til å kjøle ned magnetene og deres innkapsling (ca. 425 tonn "kald masse") til supraledningstemperatur (4 K). Spolene vil bære 12,8 kA strøm og skape et felt på opptil 3  teslas .

Plasma -karet, bygget av 20 deler, er på innsiden, tilpasset den komplekse formen til magnetfeltet. Den har 254 porter (hull) for plasmaoppvarming og observasjonsdiagnostikk. Hele anlegget er bygget av fem nesten identiske moduler, som ble satt sammen i eksperimenthallen.

Varmesystemet inkluderer 10 megawatt mikrobølger for elektron -syklotronresonansoppvarming (ECRH), som kan fungere kontinuerlig og kan levere 80 MJ i driftsfasen 1.2. For driftsfase 2 (OP-2), etter fullstendig rustning/vannkjøling, vil opptil 8 megawatt nøytral stråleinjeksjon også være tilgjengelig i 10 sekunder. Et ion -syklotronresonansoppvarmingssystem (ICRH) vil bli tilgjengelig for fysikkdrift i OP1.2.

Et system av sensorer og prober basert på en rekke komplementære teknologier vil måle nøkkelegenskapene til plasmaet, inkludert profilene til elektrontettheten og elektron- og ionetemperaturen, så vel som profilene til viktige plasmaforurensninger og radial elektrisk felt som følge av elektron- og ionpartikkeltransport.

Historie

Den tyske finansieringsordningen for prosjektet ble forhandlet frem i 1994, og etablerte Greifswald Branch Institute for IPP i det nordøstlige hjørnet av det nylig integrerte Øst-Tyskland . Den nye bygningen ble fullført i 2000. Byggingen av stjernestasjonen var opprinnelig forventet å være ferdig i 2006. Montering begynte i april 2005. Problemer med spolene tok omtrent 3 år å fikse. Tidsplanen gikk ut i slutten av 2015.

Et amerikansk konsortium med tre laboratorier (Princeton, Oak Ridge og Los Alamos) ble partner i prosjektet og betalte 6,8 millioner euro av den endelige totale kostnaden på € 1,06 milliarder. I 2012 kunngjorde Princeton University og Max Planck Society et nytt felles forskningssenter innen plasmafysikk, for å inkludere forskning på W7-X.

Slutten av anleggsfasen, som krevde mer enn 1 million forsamlingstimer, ble offisielt markert av en åpningsseremoni 20. mai 2014. Etter en periode med lekkasjekontroll av fartøyet, som begynte sommeren 2014, ble kryostaten evakuert , og magnettesting ble fullført i juli 2015.

Driftsfase 1 (OP1.1) begynte 10. desember 2015. Den dagen produserte reaktoren vellykket heliumplasma (med temperaturer på ca. 1 MK) i omtrent 0,1 s. For denne første testen med ca. 1 mg heliumgass injisert i det evakuerte plasmaskålen, ble mikrobølgeovn påført for en kort 1,3 MW puls.

Målet med OP 1.1 var å utføre integrert testing av de viktigste systemene så raskt som mulig og å få første erfaring med maskinens fysikk.

Mer enn 300 utslipp med helium ble utført i desember og januar med gradvis økende temperaturer som til slutt nådde seks millioner grader Celsius, for å rengjøre vakuumbeholderens vegger og teste plasmadiagnosesystemene. 3. februar 2016 startet produksjonen av det første hydrogenplasma vitenskapsprogrammet. Plasmaene med høyeste temperatur ble produsert av fire megawatt mikrobølgeovnpulser som varte i ett sekund; plasma elektron elektron temperaturer nådde 100 MK, mens ion temperaturer nådde 10 MK. Mer enn 2000 pulser ble gjennomført før nedleggelse.

Slike tester var planlagt å fortsette i omtrent en måned, etterfulgt av en planlagt nedstengning for å åpne vakuumbeholderen og forsyne den med beskyttende karbonfliser og installere en "avledning" for å fjerne urenheter og varme fra plasmaet. Vitenskapsprogrammet fortsatte mens gradvis økning i utladningskraft og varighet. Den spesielle magnetfelt -topologien ble bekreftet i 2016.

Driftsfase 1 (OP1.1) ble avsluttet 10. mars 2016 og en oppgraderingsfase begynte.

Driftsfase 1 fortsatte (OP1.2) i 2017 for å teste (ukjølt) avleder.

Wendelstein 7-X under OP1.2b

Driftsfase 2 (OP2) er planlagt i slutten av 2021 for å teste den avkjølte avledningen. På grunn av COVID-19 har oppgraderingen blitt noe bremset/forsinket; Plasmaeksperimenter forventes å gjenoppta ikke tidligere enn 2022.

I juni 2018 ga en rekordiontemperatur på omtrent 40 millioner grader, en tetthet på 0,8 × 10 20 partikler/m 3 og en innesperringstid på 0,2 sekund et rekordfusjonsprodukt på 6 × 10 26 grader-sekunder per kubikkmeter.

Under de siste forsøkene i 2018 nådde tettheten 2 × 10 20 partikler/m 3 ved en temperatur på 20 millioner grader. Med gode plasmaverdier ble det oppnådd langvarige plasmaer med lange utladningstider på 100 sekunder. Energiinnholdet oversteg 1 megajoule.

I 2021 reduserte en analyse av røntgenbildende krystallspektrometerdata som ble samlet inn i eksperimentet i 2018, betydelig bekymringsfullt nyklassisk transportvarmetap . Kollisjoner mellom oppvarmede partikler får noen til å unnslippe magnetfeltet. Dette skyldtes optimalisering av magnetfeltbur som var avgjørende for å oppnå rekordresultatene.

Tidslinje

Dato Begivenhet
1980 Planlegging startet
1994 Prosjekt igangsatt
2005 Monteringen begynte
2014 Innviet
Desember 2015 Start operasjonsfasen OP1.1
2015 Vellykket heliumplasmatest ved 1 MK i ~ 0,1 s
2016 Hydrogenplasma ved 80 MK i 0,25 s
Mars 2016 Avslutt OP1.1, start oppgraderingsfasen
Juni 2017 Start driftsfasen OP1.2
Juni 2018 Fusjonert trippelprodukt på 6 × 10 26 grader-sekund/m 3
November 2018 Avslutt OP1.2, start oppgraderingsfasen
~ 2022 (planlagt) OP2 (stasjonær drift)

Finansiering

Finansiell støtte til prosjektet er omtrent 80% fra Tyskland og omtrent 20% fra EU. 90% av tysk finansiering kommer fra den føderale regjeringen og 10% fra delstatsregeringen i Mecklenburg-Vorpommern . Den totale investeringen for selve stjerneren i løpet av 1997–2014 utgjorde 370 millioner euro, mens den totale kostnaden for IPP-stedet i Greifswald inkludert investeringer pluss driftskostnader (personell og materielle ressurser) utgjorde € 1,06 milliarder for denne 18-årsperioden. Dette oversteg det opprinnelige budsjettestimatet, hovedsakelig fordi den første utviklingsfasen var lengre enn forventet, og doblet personalkostnadene.

I juli 2011 kunngjorde presidenten for Max Planck Society , Peter Gruss , at USA vil bidra med 7,5 millioner dollar under programmet "Innovative Approaches to Fusion" fra USAs energidepartement .

Samarbeidende institutter

Den Europeiske Union

forente stater

Japan

Se også

Referanser

Eksterne linker

Koordinater : 54,073 ° N 13,424 ° Ø 54 ° 04′23 ″ N 13 ° 25′26 ″ E /  / 54.073; 13.424