Национальный эксперимент со сферическим тором

НСТС
Национальный эксперимент со сферическим тором
	НСТС в 2009 году
Тип устройства	Сферический токамак
Расположение	Принстон , Нью-Джерси , США
Принадлежность	Принстонская лаборатория физики плазмы
Технические характеристики
Большой радиус	0,85 м (2 фута 9 дюймов)
Малый радиус	0,68 м (2 фута 3 дюйма)
Магнитное поле	0,3 Тл (3000 Гс)
Мощность нагрева	11 МВт
Плазменный ток	1,4 МА
История
Год(ы) работы	1999 – настоящее время
Предшественник	Испытательный термоядерный реактор Токамак (TFTR)
Ссылки
Веб-сайт	Официальный сайт NSTX-U

Национальный эксперимент по сферическому тору ( NSTX ) — это устройство магнитного синтеза, основанное на концепции сферического токамака . Он был построен Принстонской лабораторией физики плазмы (PPPL) в сотрудничестве с Национальной лабораторией Ок-Ридж , Колумбийским университетом и Вашингтонским университетом в Сиэтле. Он поступил на вооружение в 1999 году. В 2012 году он был остановлен в рамках программы модернизации и получил название NSTX-U , что означает «Модернизация».

Как и другие эксперименты по термоядерному синтезу с магнитным удержанием , NSTX изучает физические принципы термоядерной плазмы — ионизированных газов с достаточно высокими температурами и плотностями для осуществления ядерного синтеза — которые удерживаются в магнитном поле.

Сферическая конструкция токамака, реализованная NSTX, является ответвлением обычного токамака . Сторонники утверждают, что сферические токамаки имеют огромные практические преимущества перед обычными токамаками. По этой причине сферический токамак вызвал значительный интерес с момента его предложения в конце 1980-х годов. Тем не менее, разработка фактически отстает на одно поколение от основных проектов токамаков, таких как JET . Другие крупные эксперименты со сферическим токамаком включают START и MAST в Калхэме в Великобритании.

История

1999–2012

Первая плазма была получена на NSTX в пятницу, 12 февраля 1999 г., в 19:06.

В экспериментах по магнитному синтезу используется плазма, состоящая из одного или нескольких изотопов водорода . Например, в 1994 году испытательный термоядерный реактор Токамак ( TFTR ) компании PPPL произвел мировую рекордную мощность термоядерного синтеза в 10,7 мегаватт из плазмы, состоящей из равных частей дейтерия и трития , топливной смеси, которая, вероятно, будет использоваться в коммерческих термоядерных реакторах. NSTX был экспериментом, подтверждающим принцип, и поэтому использовал только дейтериевую плазму. В случае успеха за ним должны были последовать аналогичные устройства, включая демонстрационный энергетический реактор (например, ИТЭР ), сжигающий дейтерий-тритиевое топливо.

NSTX производил сферическую плазму с отверстием в центре (профиль «яблоко с сердцевиной»; см. MAST ), отличающуюся от пончиковой (тороидальной) плазмы обычных токамаков . Экспериментальное устройство NSTX с низким удлинением A (то есть R / a 1,31, с большим радиусом R 0,85 м и малым радиусом a 0,65 м) имело несколько преимуществ, включая стабильность плазмы за счет улучшенного удержания. Проблемы проектирования включают катушки тороидального и полоидального поля, вакуумные сосуды и компоненты, обращенные к плазме . Эта плазменная конфигурация может удерживать плазму более высокого давления, чем токамак-пончик с большим удлинением при заданной напряженности удерживающего магнитного поля. Поскольку количество вырабатываемой термоядерной энергии пропорционально квадрату давления плазмы, использование плазмы сферической формы может позволить разработать меньшие по размеру, более экономичные и более стабильные термоядерные реакторы. Привлекательность NSTX может быть еще больше повышена за счет его способности улавливать электрический ток с высокой «начальной нагрузкой». Этот автоматический внутренний плазменный ток уменьшит требования к мощности внешних плазменных потоков, необходимых для нагрева и удержания плазмы.

Обновление 2012–2015 гг.

94 миллиона долларов ^[1] NSTX-U (обновление) ^[2] был завершен в 2015 году. Он увеличивает в два раза тороидальное поле (до 1 Тесла), ток плазмы (до 2 МА) и мощность нагрева. Это увеличивает длительность импульса в пять раз. ^[3] центрального стека (CS) Для достижения этой цели соленоид был расширен. ^[4] были добавлены катушка OH, внутренние полоидальные катушки и линия 2-го пучка нейтральных ионов. ^[5] Эта модернизация заключалась в установке медной катушки, а не сверхпроводящей катушки.

Проблема с полоидальной катушкой 2016 г. и Восстановление с 2016 г. по настоящее время

NSTX-U (обновление) был остановлен в конце 2016 года сразу после обновления из-за отказа одной из его полоидальных катушек. ^[5] NSTX был закрыт с 2012 года и вернулся только на 10 недель в конце 2016 года, сразу после обновления. Причина этой неисправности частично объясняется несоответствием характеристик охлаждаемой медной обмотки, производство которой было поручено субподрядчику. После этапа диагностики, требующего полного демонтажа устройства и катушек, оценки конструкции и изменения конструкции основных компонентов, включая шесть внутренних полоидальных катушек, ^[5]^[6] план перезапуска был принят в марте 2018 года, возобновление работы запланировано на конец 2020 года, ^[7] хотя позже это было перенесено на 2022 год. ^[8] По состоянию на 2022 год перезапуск все еще откладывался из-за проблемы с изоляцией между центральным соленоидом и катушками вокруг него. ^[9]

Ссылки

^ «Пресс-кит NSTX-U» . Принстонская лаборатория физики плазмы.
^ «Схема изменений NSTX-U» . Архивировано из оригинала 23 марта 2021 г. Проверено 14 ноября 2020 г.
^ Роль сферического токамака в американской программе термоядерных наук Менард, 2012 г.
^ «PPPL начнет масштабную модернизацию ключевого испытательного центра термоядерной энергетики» . Принстонская лаборатория физики плазмы. Январь 2012 г. Архивировано из оригинала 20 декабря 2020 г. Проверено 12 декабря 2015 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с «Обзор физико-технического проекта проекта восстановления NSTX-U» (PDF) . С. П. Герхардт и др. Архивировано из оригинала (PDF) 21 декабря 2022 г. Проверено 7 сентября 2019 г.
^ «План восстановления NSTX-U: Форма уведомления об экологической оценке» (PDF) . Проект восстановления NSTX-U. Август 2017. 65 000 000 долларов... * Модернизация и замена катушек внутреннего полоидального поля (PF): шесть магнитных катушек PF-I будут заменены новыми катушками или улучшенной конструкцией: они не будут иметь оправок, выступов и никаких выступов. пайка соединений. * Перепроектирование и замена полярных регионов NSTX-U. Верхняя и нижняя часть устройства NSTX-U будут переработаны с многочисленными улучшениями конструкции. Все одинарные уплотнительные кольца будут заменены двойными уплотнительными кольцами или металлической конструкцией, вакуумный интерфейс PF-1c станет более прочным, один из верхних или нижних керамических изоляторов будет исключен, а катушка PF-lb опоры будут термически изолированы от сосуда. * Изменить дизайн и заменить компоненты плазменной облицовки.
^ « [1-й] Обзор планов восстановления NSTX-U отмечает прогресс и обрисовывает проблемы » (PDF) . Принстонская лаборатория физики плазмы. 12 февраля 2018 г.
^ Чо, Адриан (06 февраля 2020 г.). «После десятилетий упадка национальная термоядерная лаборатория США стремится к возрождению» . Наука | АААС . Проверено 7 февраля 2020 г.
^ Герхардт, Стефан (16 марта 2022 г.). «Собрание команды 16 марта 2022 г.» (PDF) . Встреча команды NSTX-U . п. 4 . Проверено 14 октября 2022 г.

Источники

«Национальный эксперимент со сферическим тором» . Принстонская лаборатория физики плазмы. Архивировано из оригинала 20 марта 2021 г. Проверено 2 марта 2014 г. – Первоисточником этой статьи была более ранняя версия этой страницы.
«Принципиальная схема NSTX» . Принстонская лаборатория физики плазмы . Проверено 7 августа 2009 г.
Принципиальная схема модернизированных компонентов объекта NSTX-U ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

Внешние ссылки

Обзор обновления Национального эксперимента со сферическим тором из PPPL

[NSTX-U-PK-1] «Пресс-кит NSTX-U» . Принстонская лаборатория физики плазмы.

[2] «Схема изменений NSTX-U» . Архивировано из оригинала 23 марта 2021 г. Проверено 14 ноября 2020 г.

[Menard-3] Роль сферического токамака в американской программе термоядерных наук Менард, 2012 г.

[NSTX-U-4] «PPPL начнет масштабную модернизацию ключевого испытательного центра термоядерной энергетики» . Принстонская лаборатория физики плазмы. Январь 2012 г. Архивировано из оригинала 20 декабря 2020 г. Проверено 12 декабря 2015 г.

[Gerhardt-Design-Overview-5] Jump up to: ^а ^б ^с «Обзор физико-технического проекта проекта восстановления NSTX-U» (PDF) . С. П. Герхардт и др. Архивировано из оригинала (PDF) 21 декабря 2022 г. Проверено 7 сентября 2019 г.

[Environment_Evaluation_Notification_Form-6] «План восстановления NSTX-U: Форма уведомления об экологической оценке» (PDF) . Проект восстановления NSTX-U. Август 2017. 65 000 000 долларов... * Модернизация и замена катушек внутреннего полоидального поля (PF): шесть магнитных катушек PF-I будут заменены новыми катушками или улучшенной конструкцией: они не будут иметь оправок, выступов и никаких выступов. пайка соединений. * Перепроектирование и замена полярных регионов NSTX-U. Верхняя и нижняя часть устройства NSTX-U будут переработаны с многочисленными улучшениями конструкции. Все одинарные уплотнительные кольца будут заменены двойными уплотнительными кольцами или металлической конструкцией, вакуумный интерфейс PF-1c станет более прочным, один из верхних или нижних керамических изоляторов будет исключен, а катушка PF-lb опоры будут термически изолированы от сосуда. * Изменить дизайн и заменить компоненты плазменной облицовки.

[Review_of_NSTX-U_Recovery_plans_notes_progress_and_outlines_challenges-7] « [1-й] Обзор планов восстановления NSTX-U отмечает прогресс и обрисовывает проблемы » (PDF) . Принстонская лаборатория физики плазмы. 12 февраля 2018 г.

[8] Чо, Адриан (06 февраля 2020 г.). «После десятилетий упадка национальная термоядерная лаборатория США стремится к возрождению» . Наука | АААС . Проверено 7 февраля 2020 г.

[9] Герхардт, Стефан (16 марта 2022 г.). «Собрание команды 16 марта 2022 г.» (PDF) . Встреча команды NSTX-U . п. 4 . Проверено 14 октября 2022 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]