Pregătind calea unei centrale electrice de fuziune

Nava de plasmă de la Asdex Upgrade. În partea de jos puteți vedea plăcile de deviere a deflectorului. Credit: © Volker Rohde

La 21 martie 1991, structura experimentală Asdex Upgrade de la Institutul Max Planck pentru fizica plasmatică din Garching a generat prima plasmă.

De 30 de ani, Asdex Upgrade a deschis calea unei centrale electrice de cuplare care generează energie neutră din punct de vedere climatic. Fabrica de topire tokamak a fost extinsă și îmbunătățită în mod repetat în acest timp. Nu în ultimul rând, din acest motiv, oferă cunoștințele vaste implicate în proiectarea și funcționarea altor instalații de cuplare. De exemplu, echipa Asdex Upgrade a dezvoltat scenarii pentru funcționarea centralei de testare Jet din Marea Britanie și a centralei de testare Iter din Franța, precum și previziuni pentru o centrală demonstrativă planificată. O conversie planificată pentru mijlocul anului 2022 este destinată pregătirii uzinei pentru viitor.

Scopul cercetării de fuziune este de a dezvolta o centrală electrică ecologică. La fel ca soarele, scopul său este de a obține energie din unirea nucleelor ​​atomice. Combustibilul pentru acest lucru este un hidrogen gazos extrem de subțire, ionizat – o plasmă. Pentru a aprinde focul de topire, plasma trebuie blocată în câmpuri magnetice aproape fără contact și încălzită la peste 100 de milioane de grade.

Pentru a regla interacțiunea dintre combustibilul fierbinte și pereții din jur, oamenii de știință de la Institutul Max Planck pentru fizica plasmatică au echipat Asdex Upgrade cu un deviator, care a dat plantei numele: Experimentul axei de simetrie a deviației. Prin intermediul unui câmp magnetic suplimentar, câmpul deflector elimină impuritățile din plasmă și îmbunătățește izolarea termică a acestuia.

Asdex Upgrade Plasma

Uită-te la plasma Asdex Upgrade. Marginea plasmei este îndreptată către plăcile puternice de deviere din partea de jos a recipientului. Credit; © MPI pentru fizica plasmei

Cu toate acestea, spre deosebire de predecesorul său Asdex, Asdex Upgrade, deflectorul și proprietățile importante ale plasmei, în special densitatea și sarcina pe pereți, sunt mai adaptate la condițiile unei centrale electrice ulterioare. Echipat cu un încălzitor puternic cu plasmă și dispozitive sofisticate de monitorizare a plasmei, Asdex Upgrade poate fi utilizat pentru a dezvolta moduri de operare pentru o centrală potențială. La 38.700 de descărcări de plasmă până în prezent, centrala a răspuns la întrebări esențiale de cercetare despre experimentul european comun Jet și reactorul experimental internațional Iter, precum și despre o centrală electrică planificată pentru demonstrație.

Un perete de tungsten pentru vasul cu plasmă

Cu Asdex Upgrade, cercetătorii au făcut un pas important către o viitoare centrală de fuziune atunci când au acoperit peretele vasului cu plasmă cu tungsten în loc de carbon. Carbonul are avantaje considerabile pentru plantele experimentale. Cu toate acestea, este inadecvat pentru funcționarea unei centrale, deoarece este foarte erodat de plasmă și leagă prea mult combustibil de la sine. Datorită punctului său de topire ridicat, tungstenul este potrivit ca material de perete – cel puțin în principiu. Dar plasma se răcește rapid datorită chiar și celor mai mici impurități din atomii de tungsten care sunt eliberați în mod repetat de perete. După multe experimentări, echipa de actualizare Asdex a reușit să facă față acestei probleme.

Consecințele directe ale acestui succes: Într-o reconstrucție majoră, experimentul european comun Jet a primit un deviator de tungsten în 2011. Echipa internațională de reactoare experimentale Iter a decis să abandoneze experimentele inițial planificate cu o deviere de carbon și să meargă direct pentru tungsten. Tungstenul este, de asemenea, un material de referință pentru centrala electrică demonstrativă.

Injecția cu hidrogen previne instabilitățile

În interacțiunea particulelor de plasmă încărcate cu câmpul magnetic limitativ, pot apărea diverse tulburări de închidere a plasmei. Acestea includ instabilitate la marginea plasmei sau ELM (moduri localizate la margine). În acest proces, plasma de margine se pierde pentru o perioadă scurtă de timp prin închiderea sa și aruncă periodic particulele de plasmă și energia în pereții vasului. În timp ce plantele de dimensiuni medii, cum ar fi upgrade-ul Asdex, pot rezista la acest lucru, deviatorul de la plante mari, cum ar fi Iter, poate fi supraîncărcat. Pentru a rezolva această problemă, au fost dezvoltate proceduri pentru a preveni instabilitățile pentru Asdex Upgrade. Șaisprezece mici bobine magnetice din vasul cu plasmă suprimă complet instabilitatea cu câmpurile lor. O a doua metodă începe la marginea exterioară a plasmei. Dacă forma adecvată a plasmei poate fi plasată – prin câmpul magnetic – asigurând o densitate a particulelor destul de mare – prin injectarea hidrogenului – ELM nu poate fi dezvoltat.

Asigurați funcționarea continuă

Funcționarea continuă este garantată de plantele de cuplare tokamak – cum ar fi Asdex Upgrade, Jet sau Iter – care construiesc cușca magnetică cu două câmpuri magnetice suprapuse: un câmp în formă de inel creat de bobine magnetice externe și câmpul unui curent care curge în plasmă . Prin unirea câmpurilor magnetice, liniile de câmp sunt răsucite în așa fel încât să închidă plasma. Curentul plasmatic este în mod normal indus impulsiv de o bobină de transformator în plasmă. Spre deosebire de stelari mai complicați, întregul sistem funcționează pe impulsuri – un neajuns de tokamak.

Oamenii de știință de la Institutul Max Planck pentru fizica plasmatică investighează diferite metode de generare continuă de curent în plasmă. De exemplu, prin injectarea undelor de înaltă frecvență sau a razelor de particule care direcționează un curent suplimentar în plasmă. Astfel, au reușit să acționeze sistemul aproape fără transformator – și pentru prima dată într-o mașină cu un perete metalic intern practic semnificativ. Dacă Upgrade-ul Asdex nu ar fi fost echipat cu bobine de cupru în mod normal conductoare, dar bobine magnetice supraconductoare (așa cum a fost cazul pentru Iter), această fază ar fi putut fi extinsă mult mai mult – posibil până la o funcționare continuă.

Ce se va întâmpla în continuare

În cei 30 de ani de funcționare a Asdex Upgrade, forma deflectorului a fost modificată și optimizată de mai multe ori. Cercetătorii doresc acum să facă un pas mai departe și să testeze un nou concept al deviantului. Două înfășurări magnetice suplimentare pe acoperișul vasului cu plasmă sunt destinate să scoată câmpul deflectorului astfel încât puterea din plasmă să fie distribuită pe o zonă mai mare. Asamblarea înfășurărilor este programată să înceapă la jumătatea anului 2022. Astfel de extensii vor permite, de asemenea, investigații viitoare asupra tokamakului Garching pentru a rezolva problemele unei centrale electrice demonstrative în viitor. „În multe privințe, Asdex Upgrade poate fi văzut ca un plan pentru o topitorie Tokamak”, spune Arne Kallenbach, liderul proiectului. „Împreună cu codurile de computer nou dezvoltate, descărcările de eșantioane dezvoltate de peste 30 de ani oferă informații fiabile despre o centrală electrică.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Nanofibrele centrifugale multifuncționale pun un nou efect asupra măștilor COVID-19

Figura (A) Ilustrația schematică a procesului de producție a nanofibrelor polimerului centrifug polimer multispinning. (B) Nanofibrele polimerice sunt rotite de sistem. O...

Arheologii găsesc dovezi din monumentele de câini domestici din Peninsula Arabică Antică

Situat în regiunea tărâmurilor Alula, în nord-vestul Arabiei Saudite, acest cimitir este acum rar construit pe pământ pentru Arabia Neolitică-Calcolitică și este un ajutor...

Pe măsură ce straturile de gheață s-au topit, nivelul mării a crescut până la 18 metri

Se știe că creșterea nivelului mării datorită schimbărilor climatice este o amenințare majoră. Noile cercetări au arătat că evenimentele anterioare de pierdere a...

Oamenii de știință identifică genele umane care luptă împotriva infecției cu SARS-CoV-2

Vedere microscopică a coronavirusului. Credit: Yeti punctat Cercetările indică controlul genelor care stimulează interferonul SARS-CoV-2 Copie Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebis au...

Noua tehnică „Mașina timpului” dezvăluită pentru măsurarea celulei

Celulele dendritice (roșii / verzi co-colorate) într-un folicul limfoid (fragment de peyer) drenează intestinul (albastru). Credit: Wang Cao și Shengbo Zhang, WEHI Utilizând o...

Newsletter

Subscribe to stay updated.