_ Fusion record set pentru tungsten tokamak WEST

Cercetătorii de la Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) al Departamentului de Energie al SUA au măsurat un nou record pentru un dispozitiv de fuziune îmbrăcat intern cu wolfram, elementul care ar putea fi cel mai potrivit pentru mașini la scară comercială necesare pentru a face din fuziune o sursă de energie viabilă pentru lume.

Dispozitivul a susținut o plasmă de fuziune fierbinte de aproximativ 50 de milioane de grade Celsius timp de șase minute record, cu 1,15 gigajouli de putere injectată, 15% mai multă energie și densitate de două ori mai mare decât înainte. Plasma va trebui să fie atât fierbinte, cât și densă pentru a genera energie fiabilă pentru rețea.

Recordul a fost stabilit într-un dispozitiv de fuziune cunoscut sub numele de WEST, mediul de tungsten (W) în Tokamak în stare de echilibru, care este operat de Comisia Franceză pentru Energii Alternative și Energie Atomică (CEA). PPPL are un parteneriat de mult timp cu WEST, care face parte din grupul Agenției Internaționale pentru Energie Atomică pentru Coordonarea Provocărilor Internaționale pentru Operarea de Lungă Durată (CICLOP).

Această etapă reprezintă un pas important către obiectivele programului CICLOP. Cercetătorii vor trimite o lucrare spre publicare în următoarele câteva săptămâni.

„Trebuie să furnizăm o nouă sursă de energie, iar sursa ar trebui să fie continuă și permanentă”, a declarat Xavier Litaudon, om de știință CEA și CICLOP scaun. Litaudon a spus că munca PPPL la WEST este un exemplu excelent.

„Aceste rezultate sunt frumoase. Am ajuns la un regim staționar, în ciuda faptului că ne aflăm într-un mediu provocator din cauza acestui zid de wolfram.”

Remi Dumont, șeful Grupului de Experimentare și Dezvoltare a Plasmei al Institutului de Cercetare a Fuziunii Magnetice al CEA, a fost coordonatorul științific al experimentului, numindu-l „un rezultat spectaculos”.

Cercetătorii PPPL au folosit o abordare nouă pentru Măsoară mai multe proprietăți ale radiației plasmatice. Abordarea lor a implicat un detector de raze X special adaptat, fabricat inițial de DECTRIS, un producător de electronice, și ulterior încorporat în WEST tokamak, o mașină care conține plasmă - a patra stare ultra-fierbintă a materiei - într-un vas în formă de gogoașă folosind magnetice. domenii.

„Grupul de raze X din Departamentul de Proiecte Avansate al PPPL dezvoltă toate aceste instrumente inovatoare pentru tokamak-uri și stellaratori din întreaga lume”, a declarat Luis Delgado-Aparicio, șeful de proiecte avansate al PPPL și om de știință principal. pentru cercetarea în fizică și proiectul detector de raze X.

Acesta este doar un exemplu de puncte forte ale PPPL în diagnosticare: instrumente de măsurare specializate utilizate, în acest caz, pentru a caracteriza plasmele de fuziune la cald.

„Comunitatea de fuziune a plasmei a fost printre primii care au testat tehnologia hibridă de numărare a fotonilor pentru a monitoriza dinamica plasmei”, a spus șeful de vânzări DECTRIS, Nicolas Pilet.

„Astăzi, WEST a obținut rezultate fără precedent și am dori vreau să felicit echipa pentru succesul lor. Fuziunea cu plasmă este un domeniu științific fascinant, care este foarte promițător pentru umanitate. Suntem incredibil de mândri să contribuim la această dezvoltare cu produsele noastre și suntem încântați de colaborarea noastră excelentă.”

Oamenii de știință din întreaga lume încearcă diferite metode pentru a extrage în mod fiabil căldura din plasmă în timp ce aceasta suferă o reacție de fuziune. Dar acest lucru s-a dovedit a fi deosebit de provocatoare, parțial pentru că plasma trebuie să fie închisă suficient de mult pentru a face procesul economic la temperaturi mult mai calde decât centrul soarelui.

O versiune anterioară a dispozitivului, Tore Supra, a fost realizată. o reacție puțin mai lungă, sau o împușcătură, dar pe atunci, interiorul mașinii era făcut din plăci de grafit.

În timp ce carbonul face mediul mai ușor pentru fotografii lungi, este posibil să nu fie potrivit pentru un reactor la scară mare, deoarece carbonul tinde să rețină combustibilul în perete, ceea ce va fi inacceptabil într-un reactor în care recuperarea eficientă a tritiului din camera reactorului și reintroducerea în plasmă va fi primordială.

Tungstenul este avantajos pentru reținerea mult mai puțin combustibil, dar dacă chiar și cantități mici de tungsten intră în plasmă, radiația de tungsten poate răci rapid plasma.

„Peretele de wolfram. mediul este mult mai dificil decât utilizarea carbonului”, a spus Delgado-Aparicio. „Aceasta este, pur și simplu, diferența dintre încercarea de a-ți prinde pisoiul acasă față de încercarea de a mângâia cel mai sălbatic leu.”

Înregistrarea a fost măsurată folosind o abordare nouă dezvoltată de cercetătorii PPPL. Hardware-ul pentru instrumentul de măsurare, sau diagnostic, a fost realizat de DECTRIS și modificat de Delgado-Aparicio și de alții din echipa sa de cercetare, inclusiv de cercetătorii PPPL Tullio Barbui, Oulfa Chellai și Novimir Pablant.

„Diagnosticarea în principiu. măsoară radiația de raze X produsă de plasmă”, a spus Barbui despre dispozitiv, cunoscut sub numele de cameră cu raze X cu energie moale (ME-SXR).

„Prin măsurarea acestei radiații, putem deduce proprietăți foarte importante ale plasmei, cum ar fi temperatura electronilor din miezul real al plasmei, unde este cea mai caldă."

De la raft, diagnosticul DECTRIS poate fi configurat în mod normal cu toate pixeli setati la acelasi nivel de energie. PPPL a dezvoltat o tehnică nouă de calibrare care le permite să seteze energia independent pentru fiecare pixel.

Barbui a spus că abordarea are avantaje față de tehnica existentă utilizată în WEST, care poate fi greu de calibrat și generează citiri care sunt uneori afectate de undele de radiofrecvenţă folosite pentru încălzirea plasmei. „Undele de radiofrecvență nu ne deranjează diagnosticul”, a spus Barbui.

„În timpul fotografiei de șase minute, am putut măsura destul de bine temperatura electronilor centrali. Era într-o stare foarte stabilă de în jur de 4 kilovolți. A fost un rezultat destul de remarcabil”, a spus el.

Diagnoza caută lumină dintr-un anumit tip de radiație cunoscut sub numele de Bremsstrahlung, care este produsă atunci când un electron își schimbă direcția și încetinește. Provocarea inițială a fost să afle ce frecvențe de lumină de la Bremsstrahlung să caute, deoarece atât plasma, cât și pereții de wolfram pot emite acest tip de radiație, dar măsurătorile trebuie să se concentreze asupra plasmei.

„Fotonul banda de energie între 11 și 18 kiloelectronvolți (keV) ne-a oferit o fereastră frumoasă de oportunitate de la emisia de miez niciodată explorată până acum și, astfel, ne-a influențat decizia de a eșantiona cu atenție acest interval”, a spus Delgado-Aparicio.

„În mod normal. , când se aplică această tehnică, faci doar două măsurători. Este prima dată când facem o serie de măsurători”, a spus Barbui.

Delgado-Aparicio a mai subliniat că „calibrarea specială a noastră. detectorul ne-a permis să obținem citiri pentru fiecare nivel de energie între 11 și 18 keV, pentru fiecare linie de vedere de la cameră, în timp ce prelevăm întreaga secțiune transversală.”

Se fac aproximativ 10 măsurători pe secundă. Trucul este să folosiți ca nivel de referință intensitatea de la cea mai mică energie de 11 keV, iar măsurătorile de la celelalte șapte intensități sunt comparate cu cea inițială. În cele din urmă, acest proces produce șapte citiri simultane de temperatură pe linie vizuală, de unde marea acuratețe a măsurării.

„Această capacitate inovatoare este acum gata pentru a fi exportată la multe mașini din SUA și din întreaga lume, ", a spus Delgado-Aparicio.

"Din cele opt măsurători de intensitate diferite, am obținut cea mai bună potrivire, care a fost între 4 și 4,5 kilovolți pentru plasma centrală Aceasta reprezintă aproape 50 de milioane de grade și pentru până la șase minute”, a spus Delgado-Aparicio.

Cititurile de diagnosticare pot fi folosite nu numai pentru a calcula temperatura electronilor din plasmă, ci și sarcina plasmei și densitatea impurităților din plasmă, care este în mare măsură wolfram care a migrat de pe pereții tokamakului.

„Acest sistem special este primul de acest fel cu discriminare energetică. Ca atare, poate oferi informații despre temperatură și multe detalii despre conținutul precis de impurități – în principal wolfram – din descărcare, care este un factor crucial. cantitate pentru a opera în orice mediu metalic.

„Este spectaculos”, a spus Dumont, deși aceste date pot fi deduse din mai multe alte diagnostice și susținute de modelare, Dumont a descris această nouă metodă ca fiind „mai directă”.

Barbui a spus că diagnosticul poate aduna și mai multe informații în experimentele viitoare „Acest detector are capacitatea unică de a putea fi configurat să măsoare aceeași plasmă cu câte energii doriți”, a spus Barbui. „Acum, am selectat opt ​​energii, dar am fi putut selecta 10 sau 15.”

Litaudon a spus că este încântat să aibă la îndemână un astfel de diagnostic pentru programul CICLOP „De fapt, această energie-. camera cu rezoluție va deschide o nouă rută în ceea ce privește analizele”, a spus el.

„Este extrem de dificil să operați o instalație cu un perete de tungsten. Dar datorită acestor noi măsurători, vom avea capacitatea de a măsura wolfram din interiorul plasmei și de a înțelege transportul tungstenului de la perete la miezul plasmei.”

Litaudon spune că acest lucru i-ar putea ajuta. minimizați cantitatea de tungsten din miezul plasmei pentru a asigura condiții optime de operare pentru fuziune „Datorită acestor diagnostice, putem înțelege această problemă și putem merge la rădăcina fizicii atât pentru măsurare, cât și pentru simulare.”

Calculele computerizate care necesită mult timp efectuate de Dumont, Pierre Manas și Theo Fonghetti de la CEA au confirmat, de asemenea, un acord bun între simulările relevante și măsurătorile raportate de echipa PPPL.

Dumont a remarcat, de asemenea, că camera ME-SXR se bazează pe munca de diagnosticare importantă a laboratorului de la WEST „ME-SXR este doar o parte a unei contribuții mai globale de diagnosticare de la PPPL la CEA/WEST”, a spus Dumont, remarcând camera cu raze X și spectrometrul cu cristal de imagistică cu raze X.

„Această colaborare ne ajută foarte mult. Cu această combinație de diagnostice, vom putea să efectuăm măsurători foarte precise în plasmă și să o controlăm în timp real.”

(Fluierul)