Plasmaexperimenten i Wendelstein 7-X-fusionsenheten vid Max Planck Institute for Plasma Physics (IPP) i Greifswald, Tyskland, har återupptagits efter en 15 månaders konverteringspaus. Förlängningen har gjort enheten lämplig för högre värmeeffekt och längre pulser. Detta gör det nu möjligt att testa det optimerade konceptet för Wendelstein 7-X. Wendelstein 7-X, världens största fusionsenhet av typen stellator, är att undersöka dess lämplighet för ett kraftverk.

Förutom nya värme- och mätanläggningar, över 8, 000 grafitväggplattor och tio avledarmoduler har installerats i plasmakärlet sedan i mars förra året, dvs det schemalagda slutet av den första experimentfasen. Denna beklädnad är för att skydda kärlväggarna och tillåta högre temperaturer och plasmautsläpp som varar 10 sekunder i kommande experiment.

En särskild funktion utövas här av avledarens tio sektioner:Som breda remsor på plasmakärlens vägg, avledarplattorna överensstämmer exakt med plasmakantens vridningskontur. De skyddar sålunda särskilt de väggområden som partiklar som flyr från kanten av plasmaringen är specifikt riktade till. Tillsammans med oönskade föroreningar neutraliseras de inträngande partiklarna och pumpas bort. Avledaren är således ett viktigt verktyg för att reglera plasmaets renhet och densitet.

Den mindre föregångaren, Wendelstein 7-AS-stjärnan vid IPP i Garching, hade redan gett uppmuntrande resultat i avledartest. Men inte förrän den mycket större efterträdaren, Wendelstein 7-X vid Greifswald, kom geometriska förhållanden upp till kraftverkets storlek, särskilt förhållandet mellan avledarområdet och plasmavolymen. "Vi är därför mycket glada över att vi nu för första gången kan undersöka om avledningskonceptet för en optimerad stellarator verkligen kan fungera korrekt", säger projektchef Thomas Klinger. Dessa tester kommer att spela en stor roll:Många detaljerade undersökningar kommer noggrant att kontrollera hur man styr plasma och vilka magnetfältstrukturer och metoder för uppvärmning och påfyllning som är mest framgångsrika.

Nya värvade mätinstrument kommer också att möjliggöra observation av turbulens i plasma för första gången:De små virvlarna medför påverkan på hur framgångsrik magnetisk inneslutning och värmeisolering av het plasma är, dessa är viktiga parametrar för ett framtida kraftverk, eftersom de bestämmer anläggningens storlek och därmed dess ekonomiska förtjänst. "Vi kommer för första gången att kunna kontrollera om de lovande förutsägelserna för teori för en helt optimerad stellarator är korrekta. I jämförelse med tidigare enheter, Wendelstein 7-X förväntas ge ganska nytt, kanske ännu bättre, betingelser", säger Thomas Klinger.

Eftersom alla tio mikrovågssändare för mikrovågsuppvärmning av plasma under tiden är redo att användas, detta kommer att möjliggöra en högre energitillförsel och plasma med högre densitet. Det kommer nu att vara möjligt att höja energin till 80 megajoule när alla versioner av mikrovågsuppvärmningen har tacklats och testats, jämfört med 4 megajoule 2016. Den ganska låga plasmatätheten hittills kan nu mer än fördubblas för att uppnå värden som uppfyller kraven på kraftverk.

Detta har betydande konsekvenser:Först måste plasmatätheten vara tillräcklig för att elektroner och joner ska kunna utbyta energi effektivt. Tidigare, mikrovågsuppvärmningen hade bara kunnat värma väsentligen bara elektronerna. Istället för heta elektroner med 100 miljoner grader och kalla joner med 10 miljoner grader som hittills kommer elektronerna och jonerna i den nya plasman att ha nästan lika höga temperaturer på upp till 70 miljoner grader. Detta bör också förbättra värmeisoleringen av plasma. Medan det hittills var bara övre genomsnittet i förhållande till enhetens storlek, effekten av att optimera Wendelstein 7-X ska nu bli synlig:"Det blir väldigt spännande", konstaterar Thomas Klinger.

Bakgrund

Fusionsforskningens mål är att utveckla ett kraftverk som är gynnsamt för klimatet och miljön. Som solen, det är att hämta energi från fusion av atomkärnor. Eftersom fusionsbranden inte antänds förrän temperaturen överstiger 100 miljoner grader, bränslet, nämligen. en vätgasplasma med låg densitet, får inte komma i kontakt med kalla kärlväggar. Begränsad av magnetfält, den svävar inuti en vakuumkammare med knappast någon kontakt.

Magnetburen i Wendelstein 7-X bildas av en ring med 50 supraledande magnetspolar som är cirka 3,5 meter höga. Deras speciella former är resultatet av sofistikerade optimeringsberäkningar. Även om Wendelstein 7-X inte är avsedd att producera energi, enheten ska bevisa att stellaratorer är lämpliga för kraftverk. För första gången är kvaliteten på plasmainstängningen i en stellarator att uppnå nivån på konkurrerande enheter av tokamak -typen.

För det här syftet, ytterligare etapper av modifiering planeras. Till exempel, avledarens grafitplattor ska om några år ersättas med kolfiberförstärkta kolelement som dessutom är vattenkylda. Detta gör det möjligt att ladda ut upp till 30 minuter där det kan testas om Wendelstein 7-X kommer att uppnå sina optimeringsmål på lång sikt:På detta sätt ska enheten visa den väsentliga fördelen med stellaratorer, nämligen. deras förmåga för kontinuerlig drift.