프린스턴 플라즈마 물리학 연구소

Princeton Plasma Physics Laboratory
프린스턴 플라즈마 물리학 연구소
PPPL.svg
설립된1961년; 61년 전 (2011년)
예산.1억4천만달러(최소)
연구 분야
플라즈마 물리학, 양자정보과학, 마이크로일렉트로닉스
부통령데이비드 J. 매코마스
감독.스티븐[1] 카울리
주소.Stellarator Road 100(뉴저지 프린스턴)
위치미국 뉴저지 주 플레인즈보로 타운십
40°20′56″n 74°36′08″w/40.348825°N 74.602183°W/ 40.348825, -74.602183좌표: 40°20÷56°N 74°36 08 08 w 40 / 40 . 3488 25 ° N 74 . 602183 ° W / 40 . 3488 25 、 - 74 . 602183
08536
캠퍼스포레스타 캠퍼스
운영기관
미국 에너지부
웹 사이트www.pppl.gov
지도
Princeton Plasma Physics Laboratory is located in New Jersey
Princeton Plasma Physics Laboratory
뉴저지 소재지

Princeton Plasma Physical Laboratory(PPPL)는 플라즈마 물리학과 핵융합 과학 분야의 미국 에너지부 국립 연구소입니다.에너지원으로서의 핵융합 연구개발이 주된 임무다.그것은 특히 플라즈마 물리학의 수많은 근본적인 진보와 많은 다른 플라즈마 구속 개념의 탐구와 함께 스타레이터와 토카막 설계의 발달로 알려져 있다.

PPPL은 핵반응을 제어하기 위한 극비 냉전 프로젝트인 '매터혼 프로젝트'에서 발전했다.이 프로그램의 초점은 1951년 Lyman Spitzer가 Stellarator 개념을 개발하고 그 개념을 연구하기 위해 원자력 위원회로부터 자금을 지원받으면서 H-bombs에서 핵융합 에너지로 바뀌었다.이것은 1950년대와 60년대에 일련의 기계로 이어졌다.1961년 기밀 해제 후 프로젝트 마터호른은 프린스턴 플라즈마 [2]물리학 연구소로 이름을 바꿨다.

PPPL의 스타레이터들은 그들의 성과 목표를 달성할 수 없다는 것이 증명되었다.1968년, 소련의 뛰어난 성능의 토카막은 강한 회의론을 불러일으켰고, 이를 시험하기 위해 PPPL의 모델 C 스타라이터는 토카막으로 개조되었다.PPPL은 소련의 주장을 검증했고, 그 이후 프린스턴 대형 토러스, TFTR 등을 포함한 일련의 기록적인 기계를 만드는 등 토카막 이론과 설계의 세계적인 선두주자가 되었다.ATC, NSTX 및 LTX를 포함한 특정 문제와 해결책을 테스트하기 위해 수십 개의 소형 기계도 제작되었습니다.

PPPL은 뉴저지 주 플레인즈보로 타운십에 있는 Princeton University Forrestal Campus에 있습니다.

역사

형성

1950년 존 휠러는 프린스턴 대학에 비밀 수소폭탄 연구소를 차리고 있었다.열렬한 산악가인 라이먼 스피처 주니어는 이 프로그램을 알고 "Project Matterhorn"[3]이라는 이름을 제안했다.

천문학의 교수인 스피처는 수년 동안 성간 우주에서 매우 뜨거운 희소가스의 연구에 관여해 왔다.1951년 2월 아스펜으로 스키 여행을 떠날 때, 그의 아버지는 그에게 전화를 걸어 뉴욕 타임즈의 1면을 읽으라고 말했다.이 신문은 전날 아르헨티나에서 로널드 리히터라는 비교적 알려지지 않은 독일 과학자가 휴물 프로젝트에서 [4]핵융합을 이뤄냈다는 주장을 보도했다.스피처는 결국 이러한 주장을 일축했고 나중에 잘못된 것으로 판명되었지만, 그 이야기는 그로 하여금 핵융합에 대해 생각하게 만들었다.아스펜에서 의자 리프트를 타는 동안, 그는 융해 온도까지 가열할 수 있도록 플라즈마를 장기간 가두는 새로운 개념을 생각해냈다.그는 이 개념을 스텔라레이터라고 불렀다.

그 해 말, 그는 이 설계를 워싱턴의 원자력 위원회에 제출했다.이 회의와 전국의 과학자들에 의한 발명의 검토의 결과로, 스텔라레이터 제안은 1951년에 자금을 지원받았다.이 장치는 무기 연료 증식에 사용될 수 있는 고에너지 중성자를 생성하기 때문에, 이 프로그램은 프로젝트 마터호른의 일부로 분류되어 수행되었다.마터혼은 결국 1954년 핵융합 발전 분야에 완전히 전념하면서 폭탄 분야에서의 관여를 끝냈다.

1958년, 이 자기 핵융합 연구는 유엔 원자력의 평화적 사용에 관한 국제 회의에 이어 기밀 해제되었다.이것은 "새로운" 물리학을 배우려는 대학원생들의 유입을 야기했고, 이는 연구실이 기초 [5]연구에 더 집중하도록 영향을 주었다.

초기 그림 8 스타레이터는 모델 A, 모델 B, 모델 B2, 모델 B3를 [6]포함했습니다.모델 B64는 모서리가 둥근 정사각형이고 모델 B65는 레이스 트랙 [6]구성입니다.당시 가장 강력한 마지막 스텔라레이터는 '레이스 트랙' 모델 C(1961년부터 [7]1969년까지 운영)였다.

토카막

1960년대 중반까지 항성계는 근본적으로 잘못된 것이 분명했다; 그들은 이론이 예측한 것보다 훨씬 더 빠른 속도로 연료를 누출했다. 즉, 핵융합 반응이 만들어 낼 수 있는 것보다 훨씬 더 많은 에너지를 플라즈마로부터 운반하는 속도였다.스피처는 핵융합 에너지가 가능하다는 것에 대해 극도로 회의적이었고 1965년 영국에서 열린 국제 회의에서 매우 공개적인 방식으로 이 의견을 표명했다.같은 회의에서 소련 대표단은 스피처가 측정 오류라고 일축한 이전 어떤 장치보다 약 10배 더 좋은 결과를 발표했다.

1968년 다음 회의에서 소련은 Bohm 확산 한계치의 약 100배인 훨씬 더 뛰어난 성능을 보이는 장치로부터 상당한 데이터를 제시했다.AEC와 여러 연구실 사이에 이것이 진짜인지에 대한 엄청난 논쟁이 벌어졌다.1969년 영국 팀이 결과를 검증했을 때, AEC는 PPPL이 모델 C를 테스트하기 위해 Tokamak으로 변환할 것을 제안했습니다.이것은, Oak Ridge를 처음부터 구축하는 데 시간이 필요하기 때문입니다.PPPL은 핵융합 분야에서 우회될 가능성을 보고 모델 C를 대칭 Tokamak(ST)로 변환하는 데 동의하여 접근 방식을 신속하게 검증하였다.

두 개의 작은 기계가 ST를 따라 플라즈마를 가열하는 방법을 탐색하고, 프린스턴 대형 토러스(PLT)를 따라 더 큰 기계가 더 안정적일 것이라는 이론이 사실인지 테스트했습니다.1975년부터 PLT는 이러한 "스케일링 법칙"을 검증한 후 Oak Ridge에서 중성 빔 주입을 추가함으로써 일련의 플라즈마 온도를 기록했고, 결국 7천800만 켈빈까지 도달하여 실제 핵융합 전력 시스템에 필요한 양을 훨씬 초과했습니다.그 성공은 주요 뉴스였다.

이러한 일련의 성공으로 PPPL은 테스트 가스가 아닌 실제 핵융합 연료로 작동하면서 "브레이크벤"에 도달하도록 특별히 설계된 더 큰 기계를 만드는 데 거의 문제가 없었습니다.이것은 1982년에 완공된 TFTR을 생산했다.긴 침입 기간 후, TFTR은 연료로 중수소 가스를 도입하면서 연료의 온도와 밀도를 서서히 증가시키기 시작했습니다.1986년 4월, 그것은 밀도와 구속의 조합, 이른바 핵융합 삼중 생성물을 보여주었는데, 이는 실용적인 원자로에 필요한 것을 훨씬 뛰어넘는 것이었다.7월에, 그것은 필요한 온도를 훨씬 넘는 2억도의 온도에 도달했다.그러나 이 두 가지 조건, 즉 3배의 제품과 온도를 동시에 사용하여 시스템을 작동시키면 시스템이 불안정해졌습니다.이러한 문제에 대처하는 데 3년간의 노력이 실패하여 TFTR은 목표에 [8]도달하지 못했습니다.이 시스템은 1997년에 [9]종료될 때까지 이러한 문제에 대한 기초 연구를 계속했다.1993년부터 TFTR은 세계 최초로 중수소-삼중수소 혼합물을 사용했다.1994년에 그것은 전례 없는 10.7 메가와트의 핵융합 [9]전력을 생산했다.

이후의 설계

1999년, 구면 토카막 개념에 기초한 국립 구면 토러스 실험(NSTX)이 PPPL에서 온라인화 되었다.실험실 과학자들은 국내외의 다른 시설에서 핵융합 과학기술 연구자들과 협력하고 있다.직원들은 핵융합 연구에서 얻은 지식을 재료 과학, 태양 물리학, 화학, 제조 등 많은 이론 및 실험 분야에 적용하고 있다.

홀수 패리티 가열은 2006년 반경 4cm의 PFRC-1 실험에서 입증되었습니다. PFRC-2의 플라즈마 반경은 8cm입니다.PFRC-2의 전자 가열 연구는 펄스 길이 300 [10]ms로 500 eV에 도달했다.

2015년, PPPL은 NSTX로의 업그레이드를 완료하고, NSTX-U를 생산해,[11] 세계에서 가장 강력한 실험 핵융합 시설(토카막)을 만들었습니다.

2017년에는 RF 서브시스템과 초전도 코일 [10]서브시스템에 자금을 지원하는 2개의 NASA STTR과 함께 2단계 NIAC 보조금을 받았다.

디렉터

1961년 고틀립은 프린스턴 플라즈마 물리학 [12][13]연구소의 첫 번째 소장이 되었다.

주요 연구 프로젝트 및 실험 일정

Princeton field-reversed configurationLithium Tokamak ExperimentNational Spherical Torus ExperimentTokamak Fusion Test ReactorPrinceton Large TorusModel C stellaratorSteven CowleyRobert J. GoldstonRonald C. DavidsonHarold FürthMelvin B. GottliebLyman Spitzer

기타 실험

플라즈마 과학기술

  • 빔 다이내믹스 및 비중립 플라즈마
  • 플라스마나노합성연구소(LPN)[19]

이론 플라즈마 물리학

  • DOE 과학 시뮬레이션 이니셔티브
  • 미국 MHD 워킹 그룹
  • 필드 반전 구성(FRC) 이론 컨소시엄
  • Tokamak 물리 설계 및 분석 코드
  • TRANS 코드
  • NTCC(National Transport Code Collaboration(NTCC)

교통.

Tiger Transit의 3번 노선은 Forrestal Campus까지 운행되며 PPPL에서 끝납니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "10 Questions for Steven Cowley, New Director of the Princeton Plasma Physics Laboratory Princeton Plasma Physics Lab". www.pppl.gov.
  2. ^ 태너, 얼 C.(1977) 프로젝트 매터호른: 프린스턴 대학 플라즈마 물리학 연구소, 뉴저지 프린스턴, 77페이지, OCLC 80717532
  3. ^ "Timeline". Princeton Plasma Physics Laboratory.
  4. ^ Burke, James(1999년)Knowledge Web: 전자 에이전트에서 Stonehenge and Back -- 그리고 기타 Knowledge Simon & Schuster, 뉴욕, 페이지 241-42, ISBN 0-684-85934-3
  5. ^ 브롬버그, 조앤 리사(1982) 퓨전: 과학, 정치, 그리고 새로운 에너지원의 발명 MIT 프레스, 매사추세츠, 캠브리지, 97페이지, ISBN 0-262-02180-3
  6. ^ a b "Highlights in Early Stellarator Research at Princeton. Stix. 1997" (PDF).
  7. ^ "Experiments on the Model C stellarator. S. Yoshikawa and T.H. Stix". doi:10.1088/0029-5515/25/9/047. {{cite journal}}:Cite 저널 요구 사항 journal=(도움말)
  8. ^ Meade 1988, 페이지 107. 오류:: CITREFMeade
  9. ^ a b c d 직원(1996) "대형 원자로의 마지막 주행 계획" The Record, 1996년 12월 22일, N-07 페이지
  10. ^ a b Wang, Brian (June 22, 2019). "Game Changing Direct Drive Fusion Propulsion Progress – NextBigFuture.com". www.nextbigfuture.com. Retrieved 2019-06-22.
  11. ^ "National Spherical Torus Experiment Upgrade (NSTX-U) Princeton Plasma Physics Lab". www.pppl.gov.
  12. ^ 브롬버그, 조앤 리사(1982) 퓨전: 과학, 정치, 그리고 새로운 에너지원의 발명 MIT 프레스, 매사추세츠, 케임브리지, 130페이지, ISBN 0-262-02180-3
  13. ^ "History". Princeton Plasma Physics Laboratory. Archived from the original on 2009-05-12.
  14. ^ Stern, Robert (2007) "Princeton fusion center to loss influentive leader" Star-Ledger Newark, New Jersey, 2007년 12월 15일,
  15. ^ "Press Release, Prager to lead DOE's Princeton Plasma Physics Laboratory". Retrieved 2008-08-09.
  16. ^ "PPPL Director Stewart Prager Steps Down Princeton Plasma Physics Lab". www.pppl.gov.
  17. ^ "PPPL has a new interim director and is moving ahead with construction of prototype magnets Princeton Plasma Physics Lab". www.pppl.gov.
  18. ^ "Steven Cowley named director of DOE's Princeton Plasma Physics Laboratory". 2018-05-16. Archived from the original on 2018-05-16.
  19. ^ "플라즈마 나노합성 연구소"(LPN), 프린스턴 플라즈마 물리학 연구소, 2018년 5월 16일 액세스

외부 링크