A Wendelstein 7-X rekord mennyiségű fúziós terméket hozott létre

A legutóbbi kísérletek során a Wendelstein 7-X magasabb plazma hőmérsékletet, sűrűséget, hosszabb impulzusokat és a sztellarátorok között világrekord mennyiségű fúziós terméket tudott előállítani. Ezen felül sikerült igazolni azt az optimalizációs elvet, ami mentén a Wendelstein 7-X-et kialakították. A Wendelstein 7-X a német Plazma Fizikai Max Planck Intézetben foglal helyet és a berendezés a fúziós eszközök sztellarátor típusának legnagyobb tagja. A berendezést jelenleg arra használják, hogy megvizsgálják a technológia mennyire alkalmazható erőművekhez.

A korábbi 2015-16-os első kísérletsorozatot követően még tavaly szeptemberben elkezdték kivitelezni a Wendelstein 7-X belső borítását. A berendezés falait mára már grafit csempék fedik, melyek lehetővé teszik, hogy a gép magasabb hőmérsékletre fűtse és nagyobb mennyiségbe bocsássa ki a plazmát. Az úgynevezett divertorral lehetőség nyílik a plazma tisztaságának és sűrűségének a befolyásolására. A divertor csempék a plazma szél csavart kontúrját követik, tíz széles csík alakjában, a plazma edény falán. Ezzel megvédik a falnak azon részeit, ahol a részecskék meg tudnának szökni a plazmagyűrűből. A fallal történő ütközésüket követően a falakhoz kerülő szennyeződésekkel együtt kipumpálják őket a rendszerből.

“Az első tapasztalataink az új fallal rendkívül pozitívak,” mondta Thomas Sunn Pedersen, a kutatásban közreműködő professzor.

Amíg a korábbi kísérletsorozat végére elérték a 6 másodperces pulzus hosszt, addig mostanra már a létrehozott plazmát akár 26 másodpercre is képesek fenntartani. Az új szakaszban már 75 megajoulenyi hőenergiát képesek bevinni, ami 18-szor annyi mint, amire a divertor csempék nélkül képesek voltak. Ezen felül a kutatók szerint lehetséges a rendszer fűtőteljesítményének a növelése is, ami alapfeltétele a magas sűrűségű plazma előállításának.

Mindezeknek a változtatásoknak az eredménye, hogy a sztellarátor rekord mennyiségű fúziós terméket volt képes létrehozni. Ez az ionhőmérséklet, a plazma sűrűség és az energiaszakasz időtartama határozzák meg azt, hogy a folyamat mennyire közelít a plazma meggyújtásához szükséges reaktorértékekhez. Jelenleg a Wendelstein 7-X esetében az ionhőmérséklet 40 millió fok és a a sűrűsége 0,8 x 1020 részecske per négyzetméter, amíg a fúziós termék 6 x 1026 fok x szekundum per négyzetméter – ami világrekord a sztellarátorok között.

“Ez egy kiemelkedő érték egy ilyen méretű berendezésnél, méghozzá reális körülmények között,” mondta Pedersen.

A mágnesesen zárt plazma hőszigeteléséi minőségének mért energiaszakasztási ideje egy impozáns 200 ezredmásodpercig azt mutatja, hogy a Wendelstein 7-X alapjául szolgáló numerikus optimalizálás működik.

A tényt, hogy az optimalizáció nem csak a hőszigetelés terén van hatással már a 2015 decembere és 2016 márciusa között végzett kísérletsorozat eredményeinek kielemzésével is demonstrálható. Ezen felül ezek az adatok azt is megmutatták, hogy a plazma által indukált áram is a várt módon viselkedik, viszont biztonsági okokból még igyekeznek alacsonyan tartani az új kísérletsorozat végéig.

A szigetelés lecserélése mellett a Wendelstein 7-X 2017 óta több átalakításon is átesett – többek között új mérőműszereket és fűtőrendszereket építettek bele. A berendezéssel folytatott kísérleteket előreláthatóan júliusban fogják folytatni, a most befejezett vizsgálatok eredményeinek kiértékelését követően. Ezt egy 2018 őszére tervezett további átalakítási szakasz követi majd, aminek keretében a grafit csempéket vízzel hűthető megerősített szénvegyületekből álló anyagokkal vonják majd be. A cél hogy a kibocsátás időtartamát 30 percre emeljék, ami alatt már ellenőrizhető, hogy a Wendelstein 7-X képese-e folyamatosan megfelelni az optimalizációs célkitűzéseinek.

Háttér

A fúziós energia terén történő kutatások legfőbb célja, hogy egy a környezetre nézve kedvező erőmű konstrukciót hozzanak létre. A naphoz hasonlóan a fúziós energiát az atommagok fúziójából nyerik ki, mivel az üzemanyag – jelen esetben egy alacsony sűrűségű hidrogén plazma – belobbantásához több 100 millió Celsius fokra van szükség, ezért rendkívül fontos, hogy a plazma ne lépjen kapcsolatba az edény falával. Ezt az elkülönítést úgy érik el, hogy a plazmát mágneses mezőbe zárják és egy vákuumkamrába függesztik fel.

A Wendelstein 7-X mágneses ketrecét 50 darab 3,5 méteres szupravezető mágnes tekercs hozza létre. A tekercsek egyedi alakja is egy hosszú optimalizációs folyamat végeredménye. Amíg a Wendelstein 7-X maga valószínűleg soha nem fog áramot termelni a fogyasztók számára, addig a remények szerint képes lesz igazolni a sztellarátor technológia életképességét mint erőmű, szemben a versenyző tokamakkokkal – melyekkel szemben a sztellarátorok nagy előnye, hogy képesek lehetnek folyamatosan működni, amíg a tokamakkok csak szakaszosan üzemelhetnek.

Forrás: nature.com | Kép: IPP, Jan Michael Hosan

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

Hozzászólás küldése

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.