Вендельштейн 7-АС

Вендельштейн 7-АС
	Wendelstein 7-AS в Гархинге. Стелларатор сзади справа почти закрыт диагностическими и нагревательными компонентами.
Тип устройства	Стелларатор
Расположение	Гархинг , Германия
Принадлежность	Институт Макса Планка физики плазмы
Технические характеристики
Большой радиус	2 м (6 футов 7 дюймов)
Малый радиус	0,13–0,18 м (5,1–7,1 дюйма)
Объем плазмы	ок. 1 м 3
Магнитное поле	до 2,6 Тл (26 000 Гс)
Мощность нагрева	5,3 МВт
Продолжительность разряда	до 2 с
История
Год(ы) работы	1988–2002
Преемник	Вендельштейн 7-X

Wendelstein 7-AS (сокращенно W7-AS , от «Продвинутый стелларатор») — экспериментальный стелларатор , который находился в эксплуатации с 1988 по 2002 год Институтом физики плазмы Макса Планка (IPP) в Гархинге . ^[1]^[2] Это был первый представитель нового класса усовершенствованных стеллараторов с модульными катушками, разработанных с целью разработки термоядерного реактора для выработки электроэнергии.

На смену эксперименту пришел Wendelstein 7-X , строительство которого началось в Грайфсвальде в 2002 году, было завершено в 2014 году и введено в эксплуатацию в декабре 2015 года. Целью его преемника является исследование пригодности компонентов, предназначенных для будущего термоядерного реактора. ^[3]

Экспериментальный дизайн

Вендельштейн 7-AS был стелларатором , устройством, которое генерирует магнитные поля , необходимые для удержания горячей водородной плазмы, через токоведущие катушки вне плазмы. Они являются потенциальными кандидатами на роль термоядерных реакторов, предназначенных для непрерывной работы, поскольку ток течет исключительно снаружи машины, в отличие от токамака , который генерирует удерживающие магнитные поля из тока, текущего внутри самой плазмы.

Wendelstein 7-AS был первым в серии экспериментов на стеллараторе IPP. ^[4] с модульной системой катушек, которая создает закрученные магнитные поля, необходимые для удержания плазмы. Он был разработан, чтобы дать магнитным полям больше степеней свободы , что позволило ему сформироваться ближе к оптимальной теоретической конфигурации. ^[5] Из-за ограниченной вычислительной мощности и необходимости быстро проверить обоснованность концепции на стеллараторе, на Wendelstein 7-AS была проведена лишь частичная оптимизация магнитных полей. ^{[ нужна проверка ]} И только на устройстве-преемнике Wendelstein 7-X была проведена полная оптимизация кода, используемого для генерации полей. ^[6]^[7]

Технические характеристики

Технические характеристики Wendelstein 7-AS ^[2]
Свойство	Ценить
Большой радиус	2 м
Малый радиус	от 0,13 до 0,18 м
Магнитное поле	до 2,6 Тесла (≈ в 500 000 раз больше магнитного поля Земли в Европе)
Количество тороидальных катушек	45 модульных неплоских катушек + 10 дополнительных плоских катушек
Продолжительность плазмы	до 2 секунд
Плазменный нагрев	5,3 мегаватт (микроволны 2,6 МВт + инжекция нейтральных частиц 2,8 МВт)
Объем плазмы	≈ 1 куб. метр
Количество плазмы	<1 миллиграмм
Электронная температура	до 78 миллионов К = 6,8 кэВ
Ионная температура (водород)	до 20 миллионов К = 1,7 кэВ (чуть больше температуры в центре Солнца)

Результаты проекта

Следующие экспериментальные результаты подтвердили предсказания частично оптимизированного Wendelstein 7-AS и привели к разработке и созданию Wendelstein 7-X: ^[8]

Магнитное поле было способно улавливать частицы плазмы (в основном ионы водорода и электроны ) с более высокой тепловой энергией, чем его предшественники. Это усовершенствование позволило достичь температур, в восемь раз превышающих внутреннюю температуру Солнца (внутри плазменного кольца для электронов) и чуть больше (внутренняя температура Солнца) для ионов водорода.
Кроме того, было показано, что частично оптимизированный стелларатор ведет себя необычайно «доброжелательно» по отношению к нестабильностям плазмы , что имеет большое значение для непрерывной работы будущего реактора. Нестабильность может привести к временному охлаждению или потере частиц горячей плазмы и, таким образом, снизить давление плазмы и температуру внутри сосуда.
На Wendelstein 7-AS успешно эксплуатировался так называемый островной дивертор - впервые на стеллараторе; это удаляет загрязнения из плазмы , которые дополнительно охлаждают горячую плазму внутри. Для этого силовые линии магнитного поля на границе плазмы деформировались таким образом, чтобы многозарядные ионы горячей плазмы попадали в целевые отражательные пластины и максимально дешево распределяли свою энергию, избегая тем самым локального перегрева. ^[9]^[10]
Wendelstein 7-AS был первым стелларатором, имеющим доступ к H-режиму (H означает «высокое ограничение»), который ранее был доступен только для токамаков. Это позволяет легко достичь условий воспламенения термоядерного реактора, поскольку плазма способна образовывать изолирующий слой толщиной в несколько сантиметров от края машины, обеспечивая более высокие температуры внутри.

Ссылки

^ Реннер, Х; Анабитарт, Э; Аскасибар, Э; Бесшоу, С; Бракель, Р; Бурхенн, Р; Каттанеи, Г; Додхи, А; Дорст, Д; Эльснер, А; Энгельхардт, К. (1989). «Начальная эксплуатация усовершенствованного стелларатора Wendelstein 7AS». Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез . 31 (10): 1579–1596. Бибкод : 1989PPCF...31.1579R . дои : 10.1088/0741-3335/31/10/008 . ISSN 0741-3335 . S2CID 250858130 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Хирш, М; Бальдцун, Дж; Бейдлер, К; Бракель, Р; Бурхенн, Р; Динклэйдж, А; Эмлер, Х; Эндлер, М; Эркманн, В; Фэн, Ю; Гейгер, Дж (2008). «Основные результаты стелларатора Wendelstein 7-AS». Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез . 50 (5): 053001. doi : 10.1088/0741-3335/50/5/053001 . ISSN 0741-3335 . S2CID 118508232 .
^ Клери, Дэниел (21 октября 2015 г.). «Причудливый реактор, который может спасти ядерный синтез» . Наука | АААС . Проверено 16 июня 2020 г.
^ Григер, Г.; Реннер, Х.; Вобиг, Х. (1985). «Стеллараторы Вендельштейна». Ядерный синтез . 25 (9): 1231–1242. дои : 10.1088/0029-5515/25/9/040 . ISSN 0029-5515 . S2CID 250832456 .
^ Чу, ТК; Фурт, HP; Джонсон, Дж.Л.; Людешер, К.; Веймер, К.Э. (1982). «Методы оптимизации модульных катушек стеллараторов». Ядерный синтез . 22 (7): 871–881. дои : 10.1088/0029-5515/22/7/001 . ISSN 0029-5515 . S2CID 121149986 .
^ Реннер, Х. (1988). «Экспериментальная программа W VII-AS и прогнозы на W VII-X» . Материалы семинара по Вендельштейну VII-X . 20 (18) – через Международную систему ядерной информации.
^ Ваннер, М.; Команда W7-X (2000). «Цели проектирования и статус проекта WENDELSTEIN 7-X». Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез . 42 (11): 1179–1186. Бибкод : 2000PPCF...42.1179W . дои : 10.1088/0741-3335/42/11/304 . hdl : 11858/00-001M-0000-0029-543E-1 . ISSN 0741-3335 . S2CID 110058999 . {{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
^ Вагнер, Ф.; Боймель, С.; Бальдзун, Дж.; Басс, Н.; Бракел, Р.; Бурхенн, Р.; Динклэйдж, А.; Дорст, Д.; Эмлер, Х.; Эндлер, М.; Эркманн, В. (2005). «W7-AS: Один шаг стеллараторной линии Вендельштейна». Физика плазмы . 12 (7): 072509. Бибкод : 2005PhPl...12g2509W . дои : 10.1063/1.1927100 . ISSN 1070-664X .
^ Йенике, Р; Бальдцун, Дж; Эркманн, В; Гейгер, Дж; Григулл, П; Хофманн, СП; Удар, М; Кисслингер, Дж; Кунер, Г; Маассберг, Х; Нидермейер, Х. (1995). «Эксперименты по нагреву высокой мощности на стеллараторе WENDELSTEIN 7-AS». Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез . 37 (11А): А163–А176. Бибкод : 1995PPCF...37A.163J . дои : 10.1088/0741-3335/37/11a/010 . ISSN 0741-3335 . S2CID 250801192 .
^ Маккормик, К.; Григулл, П.; Бурхенн, Р.; Бракел, Р.; Эмлер, Х.; Фэн, Ю.; Фишер, Р.; Гадельмайер, Ф.; Джанноне, Л.; Хильдебрандт, Д.; Хирш, М. (2003). «Островные диверторные эксперименты на стеллараторе Wendelstein 7-AS» . Журнал ядерных материалов . Взаимодействие плазмы с поверхностью в устройствах управляемого термоядерного синтеза 15. 313–316: 1131–1140. Бибкод : 2003JNuM..313.1131M . дои : 10.1016/S0022-3115(02)01506-4 . ISSN 0022-3115 .

Внешние ссылки

[1] Реннер, Х; Анабитарт, Э; Аскасибар, Э; Бесшоу, С; Бракель, Р; Бурхенн, Р; Каттанеи, Г; Додхи, А; Дорст, Д; Эльснер, А; Энгельхардт, К. (1989). «Начальная эксплуатация усовершенствованного стелларатора Wendelstein 7AS». Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез . 31 (10): 1579–1596. Бибкод : 1989PPCF...31.1579R . дои : 10.1088/0741-3335/31/10/008 . ISSN 0741-3335 . S2CID 250858130 .

[:0-2] Перейти обратно: ^а ^б Хирш, М; Бальдцун, Дж; Бейдлер, К; Бракель, Р; Бурхенн, Р; Динклэйдж, А; Эмлер, Х; Эндлер, М; Эркманн, В; Фэн, Ю; Гейгер, Дж (2008). «Основные результаты стелларатора Wendelstein 7-AS». Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез . 50 (5): 053001. doi : 10.1088/0741-3335/50/5/053001 . ISSN 0741-3335 . S2CID 118508232 .

[3] Клери, Дэниел (21 октября 2015 г.). «Причудливый реактор, который может спасти ядерный синтез» . Наука | АААС . Проверено 16 июня 2020 г.

[4] Григер, Г.; Реннер, Х.; Вобиг, Х. (1985). «Стеллараторы Вендельштейна». Ядерный синтез . 25 (9): 1231–1242. дои : 10.1088/0029-5515/25/9/040 . ISSN 0029-5515 . S2CID 250832456 .

[5] Чу, ТК; Фурт, HP; Джонсон, Дж.Л.; Людешер, К.; Веймер, К.Э. (1982). «Методы оптимизации модульных катушек стеллараторов». Ядерный синтез . 22 (7): 871–881. дои : 10.1088/0029-5515/22/7/001 . ISSN 0029-5515 . S2CID 121149986 .

[6] Реннер, Х. (1988). «Экспериментальная программа W VII-AS и прогнозы на W VII-X» . Материалы семинара по Вендельштейну VII-X . 20 (18) – через Международную систему ядерной информации.

[7] Ваннер, М.; Команда W7-X (2000). «Цели проектирования и статус проекта WENDELSTEIN 7-X». Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез . 42 (11): 1179–1186. Бибкод : 2000PPCF...42.1179W . дои : 10.1088/0741-3335/42/11/304 . hdl : 11858/00-001M-0000-0029-543E-1 . ISSN 0741-3335 . S2CID 110058999 . {{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )

[8] Вагнер, Ф.; Боймель, С.; Бальдзун, Дж.; Басс, Н.; Бракел, Р.; Бурхенн, Р.; Динклэйдж, А.; Дорст, Д.; Эмлер, Х.; Эндлер, М.; Эркманн, В. (2005). «W7-AS: Один шаг стеллараторной линии Вендельштейна». Физика плазмы . 12 (7): 072509. Бибкод : 2005PhPl...12g2509W . дои : 10.1063/1.1927100 . ISSN 1070-664X .

[9] Йенике, Р; Бальдцун, Дж; Эркманн, В; Гейгер, Дж; Григулл, П; Хофманн, СП; Удар, М; Кисслингер, Дж; Кунер, Г; Маассберг, Х; Нидермейер, Х. (1995). «Эксперименты по нагреву высокой мощности на стеллараторе WENDELSTEIN 7-AS». Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез . 37 (11А): А163–А176. Бибкод : 1995PPCF...37A.163J . дои : 10.1088/0741-3335/37/11a/010 . ISSN 0741-3335 . S2CID 250801192 .

[10] Маккормик, К.; Григулл, П.; Бурхенн, Р.; Бракел, Р.; Эмлер, Х.; Фэн, Ю.; Фишер, Р.; Гадельмайер, Ф.; Джанноне, Л.; Хильдебрандт, Д.; Хирш, М. (2003). «Островные диверторные эксперименты на стеллараторе Wendelstein 7-AS» . Журнал ядерных материалов . Взаимодействие плазмы с поверхностью в устройствах управляемого термоядерного синтеза 15. 313–316: 1131–1140. Бибкод : 2003JNuM..313.1131M . дои : 10.1016/S0022-3115(02)01506-4 . ISSN 0022-3115 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]