국립 구상 토러스 실험

National Spherical Torus Experiment
NSTX
국립 구상 토러스 실험
NSTX.jpg
2009년 NSTX
디바이스 타입구면토카막
위치프린스턴, 뉴저지, 미국
제휴프린스턴 플라즈마 물리학 연구소
기술사양
장반경0.85 m (2 피트 9 인치)
마이너 반지름0.68 m (2 피트 3 인치)
자기장0.3 T(3,000 G)
난방 전력11 MW
플라즈마 전류1.4 MA
역사
운용년도1999–현재
선행토카막 핵융합 시험로(TFTR)
링크
웹 사이트NSTX-U 공식 웹사이트
NSTX CAD 도면

NSTX(National Spole Torus Experiment)는 구면 토카막 개념에 기초한 자기 핵융합 장치이다.프린스턴 플라즈마 물리학 연구소(PPPL)가 오크리지 국립 연구소, 컬럼비아 대학 및 시애틀의 워싱턴 대학과 협력하여 건설했습니다.1999년에 취항했다.2012년에 업그레이드 프로그램의 일환으로 종료되고 업그레이드를 위해 NSTX-U가 되었습니다.

구형 토카막(ST)은 기존의 토카막 설계의 분파입니다.지지자들은 이러한 기기들에 비해 많은 실질적인 이점이 있으며, 그 중 일부는 극적인 것이라고 주장한다.이러한 이유로 ST는 1980년대 후반에 제안된 이후 상당한 관심을 보여왔다.그러나 개발은 JET과 같은 주력 사업보다 한 세대 뒤처져 있다.이 분야의 다른 주요 실험으로는 영국 Culham의 선구적인 START와 MAST가 있습니다.

NSTX는 자기장에 갇힘으로써 생성되는 온도와 밀도의 적절한 조건에서 핵융합이 발생하는 고온 이온화 가스인 구형 플라스마의 물리 원리를 연구한다.

역사

1999–2012

첫 번째 혈장은 1999년 2월 12일 금요일 오후 7시 6분에 NSTX에서 획득되었습니다.

자기 핵융합 실험은 하나 이상의 수소 동위원소로 구성된 플라스마를 사용한다.예를 들어, 1994년에 PPPL의 Tokamak Fusion Test Reactor(TFTR; 토카막 핵융합 시험로)는 상업용 핵융합 발전로에 사용될 가능성이 있는 중수소와 삼중수소의 동일한 부분으로 구성된 플라즈마에서 10.7 메가와트의 핵융합 전력을 생산했다.NSTX는 "원리 증명" 실험이었기 때문에 중수소 플라스마만을 사용했다.성공 시 유사한 장치가 뒤따르고 결국 중수소-삼중수소 연료를 태우는 시연 동력 원자로(예: ITER)를 포함하게 된다.

NSTX는 기존 토카막의 도넛 모양(토로이덜 모양) 플라스마와는 달리 중앙에 구멍이 뚫린 구형 플라즈마를 생성했다('코어 사과' 프로필; MAST 참조).낮은 석면비 A(즉, 장반경 R이 0.85m, 부반경 a가 0.65m인 R/a) 실험 NSTX 장치는 개선된 구속을 통한 플라즈마 안정성 등 여러 가지 장점이 있었다.설계상의 과제에는 트로이덜 및 폴로이드 필드 코일, 진공 용기 및 플라즈마 대면 구성 요소가 포함됩니다.이 플라즈마 구성은 주어진 구속 자기장 강도에 대해 석면비가 높은 도넛 토카막보다 높은 압력의 플라즈마를 제한할 수 있습니다.생성된 핵융합 전력의 양은 플라즈마 압력의 제곱에 비례하기 때문에 구형 플라즈마를 사용하면 더 작고 경제적이며 안정적인 핵융합로를 개발할 수 있다.NSTX의 매력은 높은 "부트스트랩" 전류를 가두는 능력에 의해 더욱 강화될 수 있다.이 자가 구동식 내부 플라즈마 전류는 플라즈마를 가열하고 제한하는 데 필요한 외부 구동 플라즈마 전류의 전력 요건을 감소시킵니다.

2012-2015 업그레이드

업그레이드 중 용기 청소

9400만달러의[1] NSTX-U(업그레이드)[2]는 2015년에 완료되었습니다.트로이덜 필드(1 Tesla), 플라즈마 전류(2 MA) 및 가열 전력을 두 배로 높입니다.펄스 지속 시간을 5배로 [3]늘립니다.이를 위해 중앙 스택(CS) 솔레노이드를 [4]넓히고 OH 코일, 내부 폴로이드 코일 및 두 번째 중성 이온 빔 라인을 [5]추가했습니다.이 업그레이드는 초전도 코일이 아닌 구리 코일 설치로 구성되었습니다.

폴로이드 코일 문제 2016 및 복구 2016–2022

NSTX-U(업그레이드)는 폴로이드 [5]코일 중 하나의 고장으로 인해 업데이트 직후인 2016년 말에 중단되었습니다.이 업그레이드는 초전도 코일이 아닌 구리 코일 설치로 구성되었습니다.NSTX는 2012년부터 폐쇄되었고, 업데이트 직후인 2016년 말에야 10주 동안 돌아왔다.이 고장의 원인은 부분적으로 제조가 하도급된 냉각 구리 권선의 부적합에 기인합니다.원자로와 코일의 완전한 분해, 설계 평가, 6개의 내부 폴로이드 [5][6]코일을 포함한 주요 부품의 재설계가 필요한 진단 단계를 거쳐 2018년 3월에 재가동 계획을 수립하였다.원자로의 재활성화는 [7]2020년 말까지 계획되지 않았다.PPPL 관계자의 최근 정보에 따르면 NSTX-U는 수리 중이며 2022년에 [8]다시 가동될 예정이다.

레퍼런스

  1. ^ "NSTX-U Press Kit". Princeton Plasma Physics Lab.
  2. ^ NSTX-U 변경도
  3. ^ 미국 핵융합 에너지 과학 프로그램 메나드에서의 구형 토카막의 역할, 2012
  4. ^ "PPPL to launch major upgrade of key fusion energy test facility". Princeton Plasma Physics Lab. Jan 2012.
  5. ^ a b c "Overview of the NSTX-U Recovery Project Physics and Engineering Design" (PDF). S. P. Gerhardt, et al.
  6. ^ "NSTX-U recovery plan: Environmental Evaluation Notification Form" (PDF). NSTX-U recovery project. August 2017. $65,000,000 ... * Redesign and Replace the Inner Poloidal Field (PF) Coils : The six PF- I magnet coils would be replaced with new coils or improved design: they would be mandrel-less, have no joggles, and no braze joints. * Redesign and Replace Polar Regions of NSTX-U : The top and bottom of the NSTX-U device would be redesigned with numerous design improvements. All single 0-ring seals would be replaced by double 0-rings or a metallic structure, the PF-1c vacuum interface would be made more robust, one of either the upper or lower ceramic insulators would be eliminated, and the PF-lb coil supports would be thermally isolated from the vessel. * Redesign and Replace Plasma Facing Components.
  7. ^ "[1st] Review of NSTX-U Recovery plans notes progress and outlines challenges" (PDF). Princeton Plasma Physics Lab. 12 Feb 2018.
  8. ^ Cho, Adrian (2020-02-06). "After decades of decline, the U.S. national fusion lab seeks a rebirth". Science AAAS. Retrieved 2020-02-07.

원천

외부 링크