ARC 핵융합로

ARC fusion reactor

ARC 핵융합로(가성비, 강력, 소형)는 매사추세츠공과대학(MIT) 플라즈마과학융합센터(PSFC)가 개발한 소형 핵융합로 설계이다.ARC는 3개의 엔지니어링 손익분기점(기계 작동에 필요한 전력의 3배 생산)을 달성하는 것을 목표로 합니다.핵심 기술 혁신은 ITER의 저온 초전도 자석 대신 고온 초전도 자석을 사용하는 것입니다.제안된 장치는 ITER 원자로 직경의 약 절반이며 건설 비용이 [1]저렴할 것이다.

ARC에는 기존의 고급 토카막 레이아웃이 있습니다.ARC는 구리 배선이나 기존의 저온 초전도체 대신 희토류 산화바륨(REBCO) 고온 초전도체 자석을 사용합니다.이 자석들은 훨씬 더 높은 전계 강도인 23T에서 작동할 수 있으며, 플라즈마 축의 자기장을 대략 두 배로 증가시킵니다.플라즈마 내 입자의 구속 시간은 선형 크기의 제곱에 따라 달라지며, 전력 밀도는 자기장의 [2]4제곱에 따라 달라지기 때문에 자기장을 두 배로 하면 기계의 성능을 4배 높일 수 있습니다.크기가 작을수록 건설 비용이 절감되지만, 이는 REBCO 자석의 비용으로 어느 정도 상쇄됩니다.

REBCO를 사용하면 기계가 작동하지 않을 때 자석 권선을 유연하게 감을 수 있습니다.이렇게 하면 기계 내부에 접근할 수 있도록 "접이식"이 가능합니다.이를 통해 유지 보수 비용이 대폭 절감되고 원격 조작기를 사용하여 소규모 액세스 포트를 통해 유지 보수를 수행할 필요가 없어집니다.실현될 경우 발전 비용의 중요한 지표인 원자로 용량 계수를 개선할 수 있다.

이 프로젝트에서 첫 번째로 도입 예정인 머신은 SPARC(가능한 한 빨리 ARC)라는 이름의 축소 데모레이터입니다.이 회사는 Eni, Breakthrough Energy Ventures, Khsla Ventures, Temasek 및 [3][4][5][6]Equinor의 지원을 받아 Commonwealth Fusion Systems에 의해 구축될 예정입니다.

역사

이 프로젝트는 [2][7]2014년에 발표되었다.이름과 디자인은 만화책에 나오는 MIT에 다녔던 토니 스타크가 지은 가상의 아크 리액터에서 영감을 얻었다.

이 개념은 "핵융합 설계 과정에서 MIT 학생 그룹이 수행한 프로젝트"로 탄생했습니다.ARC 설계는 최소 크기로 ITER만큼 많은 핵융합 전력을 생산하는 발전소를 위한 포인트 설계를 개발함으로써 새로운 자석 기술의 능력을 보여주기 위한 것이었다.그 결과, ITER의 약 절반의 선형 치수로 9테슬라에서 작동하며 500메가와트(MW) 이상의 핵융합 전력을 생산하는 기계가 탄생했습니다.학생들은 또한 이러한 장치가 안정된 상태에서 작동하여 200MW [8]이상의 전기를 생산할 수 있는 기술을 검토했습니다."

설계 기능

ARC 설계는 전통적인 D–T (중수소 - 삼중수소) 연료를 유지하면서 전통적인 토카막으로부터의 주요 이탈을 통합한다.

자기장

핵융합 전력 밀도를 10배 가까이 높이기 위해 이 설계에서는 트로이덜 필드 [2]코일에 REBCO 초전도 테이프를 사용합니다.이 재료는 더 작은 부피로 가열된 플라즈마를 포함할 수 있는 높은 자기장 강도를 가능하게 합니다.이론적으로, 융합 전력 밀도는 자기장 강도의 [1]4승에 비례합니다.가장 유력한 후보 물질은 설계 온도가 20K인 산화 이트륨 바륨 구리 물질로,[2] ITER가 선택한 훨씬 더 복잡한 액체 헬륨 냉동 대신 다양한 냉각제(예: 액체 수소, 액체 네온 또는 헬륨 가스)를 사용할 수 있습니다.SPARC 공식 팜플렛에는 YBCO 케이블섹션이 표시되어 있습니다.YBCO 케이블섹션은 시판되고 있으며, 최대 30 [9]T의 필드를 사용할 수 있습니다.

ARC는 270 MWe 토카막 원자로로 계획되며, 주반경은 3.3m, 부반경은 1.1m, 축방향 자기장은 9.2T이다.[2]

설계점은 핵융합 에너지 이득 계수p Q ≤ 13.6(플라즈마는 핵융합 에너지를 가열하는 데 필요한 것보다 13배 더 많이 생성함)을 가지지만 부트스트랩 비율이 약 63%[2]로 완전히 유도되지 않는다.

설계는 코일의 ~23T 피크 필드에 의해 활성화됩니다.외부 전류 드라이브는 25 MW의 저하이브리드와 13.6 MW의 이온 사이클로트론 고속파 전력을 사용하는 2개의 내장 RF 런처를 통해 제공됩니다.결과적으로 발생하는 전류 드라이브는 중단 [2]한계와는 거리가 먼 정상 상태의 코어 플라즈마를 제공합니다.

분리 가능한 진공 용기

이 설계에는 분리 가능한 진공 용기(액체 담요에서 플라즈마와 주변 진공 상태를 분리하는 고체 구성 요소)가 포함됩니다.전체 장치를 분해할 필요가 없습니다.따라서 설계 [1]변경을 평가하는 데 매우 적합합니다.

리퀴드

기존 설계에서 융접실을 둘러싸고 있는 대부분의 고체 블랭킷 재료는 쉽게 순환/교체가 가능한 불소 리튬 베릴륨(FLiBe) 용융염으로 대체되어 유지관리 [1]비용을 절감합니다.

액체 블랭킷은 중성자 조절과 차폐, 열 제거, 삼중수소 증식비 ≤ 1.1을 제공한다.FLiBe가 액체로 되어 있는 온도 범위가 크기 때문에 단상 유체 냉각 및 브레이튼 [2]사이클로 800K에서 블랭킷 작동이 가능합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c d "Advances in magnet technology could bring cheaper, modular fusion reactors from sci-fi to sci-reality in less than a decade". Retrieved 2015-08-12.
  2. ^ a b c d e f g h Sorbom, B. N.; Ball, J.; Palmer, T. R.; Mangiarotti, F. J.; Sierchio, J. M.; Bonoli, P.; Kasten, C.; Sutherland, D. A.; Barnard, H. S. (2014-09-10). "ARC: A compact, high-field, fusion nuclear science facility and demonstration power plant with demountable magnets". Fusion Engineering and Design. 100: 378–405. arXiv:1409.3540. doi:10.1016/j.fusengdes.2015.07.008.
  3. ^ Devlin, Hannah (9 March 2018). "Nuclear fusion on brink of being realised, say MIT scientists". the Guardian. Retrieved 16 April 2018.
  4. ^ Rathi, Akshat. "In search of clean energy, investments in nuclear-fusion startups are heating up". Quartz. Retrieved 2020-09-08.
  5. ^ Systems, Commonwealth Fusion. "Commonwealth Fusion Systems Raises $115 Million and Closes Series A Round to Commercialize Fusion Energy". www.prnewswire.com. Retrieved 2020-09-08.
  6. ^ Systems, Commonwealth Fusion. "Commonwealth Fusion Systems Raises $84 Million in A2 Round". www.prnewswire.com. Retrieved 2020-09-08.
  7. ^ Sorbom, B. N.; Ball, J.; Palmer, T. R.; Mangiarotti, F. J.; Sierchio, J. M.; Bonoli, P.; Kasten, C.; Sutherland, D. A.; Barnard, H.S.; Haakonsen, C. B.; Goh, J.; Sung, C.; Whyte, D. G. (2015). "ARC: A compact, high-field, fusion nuclear science facility and demonstration power plant with demountable magnets". Fusion Engineering and Design. 100: 378–405. arXiv:1409.3540. doi:10.1016/j.fusengdes.2015.07.008.
  8. ^ SPARC 프로젝트 공식 카탈로그, 19페이지
  9. ^ SPARC 프로젝트 공식 카탈로그, 페이지 25

외부 링크