웬델슈타인 7-X

Wendelstein 7-X
웬델슈타인 7-X
Wendelstein7-X Torushall-2011.jpg
2011년 W7-X
디바이스 타입스텔라레이터
위치그리프스발트(독일
제휴막스 플랑크 플라즈마 물리학 연구소
기술사양
장반경5.5m(18피트)
마이너 반지름0.53m(1피트 9인치)
플라즈마 볼륨30미터3
자기장3 T(30,000 G)
난방 전력14 MW
플라즈마 온도(6-13)×10K7
역사
운용년도2015–현재
선행웬델슈타인 7-AS
링크
웹 사이트https://www.ipp.mpg.de/w7x
스텔라레이터 스키마 - 코일 시스템(파란색), 플라즈마(노란색), 플라즈마 표면의 자기장 라인(녹색)
웬델스타인 7-X 연구단지, 그리프스왈드의 왼쪽 실험실.
초전도 평판코일에 부착되는 초전도 공급라인, 2008
2012년 5월 착공.가시적인 것은 토러스, 테스트 셀의 오프셋 및 대형 오버헤드 크레인이다.스케일을 위해 작업자를 기록하십시오.
스테인리스 커버 플레이트와 수냉식 구리 백킹 플레이트를 보여주는 스텔라레이터 내부의 광각 뷰. 최종적으로 흑연 타일로 덮여 플라즈마/벽의 상호작용으로부터 방어구 역할을 합니다.

웬델슈타인 7-X(약칭 W7-X) 원자로는 독일 그리프스발트에서 막스플랑크 플라즈마물리학연구소(IPP)가 건설한 실험용 항성기이며 2015년 [1][2]10월 완공됐다.그 목적은 스텔라레이터 기술을 발전시키는 것이다.이 실험용 원자로는 전기를 생산하지는 않지만 미래의 핵융합 발전소의 주요 부품을 평가하는 데 사용된다.이 원자로는 이전의 Wendelstein 7-AS 실험용 원자로를 기반으로 개발되었다.

2015년 현재, 웬델슈타인 7-X 원자로는 가장 큰 스텔라레이터 장치이다.2021년에는 최대[needs update] 30분간의 연속 플라즈마 방전을 실현하도록 설계되어 미래 핵융합 발전소의 필수 특징인 연속 운전을 실증할 수 있습니다.

바이에른의 웬델슈타인 산을 가리키는 프로젝트 이름은 1950년대 말에 결정되었으며, 프로젝트 [3]마터호른이라는 이름으로 프린스턴 대학의 이전 프로젝트를 참조했습니다.

연구 시설은 Greifswald 대학과 Max-Planck Plasma Physics Institute for Plasma Physics의 독립 파트너 프로젝트입니다.

설계 및 주요 컴포넌트

Wendelstein 7-X 디바이스는 5필드 주기의 헬리어스 구성을 기반으로 합니다.주로 3.5m 높이의 비평면 50개와 평면 초전도 자기 코일 20개로 구성된 트로이드로 플라즈마가 원자로 벽에 충돌하지 않도록 자기장을 유도한다.50개의 비평면 코일은 자기장을 조정하는 데 사용됩니다.입방미터당 3×1020 입자의 플라즈마 밀도와 60–130 메가클빈(MK)[1]의 플라즈마 온도를 목표로 합니다.

주요 구성 요소는 자기 코일, 크라이오스탯, 플라즈마 용기, 다이버터 및 난방 [4]시스템입니다.

코일(알루미늄의[4] NbTi)은 크라이오스타트라고 하는 직경 16m의 단열재 주위에 배치됩니다.냉각 장치는 자석과 그 외함(약 425톤의[5] "냉량")을 초전도 온도(4K)까지 냉각하기에 충분한 액체 헬륨을 생성합니다.코일은 12.8kA 전류를 전달하며 최대 3테슬라 [5]필드를 생성합니다.

20개의 부품으로 구성된 플라즈마 용기는 내부에 있으며 자기장의 복잡한 모양에 맞게 조정되어 있습니다.플라즈마 가열 및 관찰 진단을 위한 254개의 포트(구멍)가 있습니다.전체 공장은 [4]실험실에서 조립된 거의 동일한 5개의 모듈로 구성되어 있습니다.

가열[6] 시스템에는 전자 사이클로트론 공명 가열(ECRH)을 위한 고출력 자이로톤이 포함되어 있어 플라즈마에 [7]최대 15MW의 열을 공급합니다.운용 단계 2(OP-2)의 경우, 완전한 갑옷/수냉이 완료된 후, 최대 8 메가와트의 중성 빔 주입을 10초간 [8]사용할 수 있게 된다.이온 사이클로트론 공명 가열(ICRH) 시스템은 OP1.[9]2에서 물리학 작업에 사용할 수 있게 됩니다.

센서와 조사의 시스템 상호 보완적인 기술의 다양성에 기초한 플라즈마의 전자 밀도와 전자와 이온 온도의 프로파일뿐만 아니라 중요한 혈장과 불순물은 반지름 방향 전기장 전자와 이온 입자 수송에서 비롯되는의 프로필 등을 포함한 핵심 속성을 측정할 것이다.[10]

역사

이 프로젝트에 대한 독일의 자금 협정은 1994년에 협상되어 최근 통합된 동독의 북동쪽 구석에 IPP의 Greifswald Branch Institute를 설립하였다.그것의 새로운 건물은 2000년에 완공되었다.스타레이터의 건설은 원래 2006년에 완성될 것으로 예상되었다.조립은 2005년 4월에 시작되었다.코일의 문제를 해결하는 [4]데 약 3년이 걸렸습니다.일정이 2015년 [4][11][12]말로 슬그머니 들어갔다.

3개의 연구소로 구성된 미국 컨소시엄(Princeton, Oak Ridge 및 Los Alamos)이 프로젝트의 파트너가 되어 최종 총 비용 10억 [13]6천만 유로 중 680만 유로를 지불했습니다.2012년, 프린스턴 대학과 막스 플랑크 학회는 W7-X에 대한 연구를 포함하는 새로운 플라즈마 [14]물리학 공동 연구 센터를 발표했다.

100만 [15]시간 이상의 조립 시간이 소요된 공사 단계의 종료는 2014년 [16]5월 20일 취임식으로 공식화되었습니다.2014년 여름부터 선박 누출 점검을 거쳐 크라이오스타트를 대피시키고 2015년 [5]7월 자석 시험을 완료하였다.

운영 단계 1(OP1.1)은 2015년 [17]12월 10일에 시작되었다.그날 원자로는 약 0.1초 동안 헬륨 플라즈마(온도 약 1MK)를 생성하는데 성공했다.진공 플라즈마 용기에 약 1mg의 헬륨 가스를 주입한 이 초기 테스트의 경우 마이크로파 가열이 1.3MW의 짧은 [18]펄스에 적용되었습니다.

OP 1.1의 목적은 가장 중요한 시스템의 통합 테스트를 가능한 한 신속하게 실시하여 기계의 [17]물리학을 최초로 경험하는 것이었습니다.

진공용기 벽을 청소하고 플라즈마 진단 시스템을 테스트하기 위해 12월과 1월에 헬륨을 사용한 300회 이상의 방출이 이루어졌고, 마침내 섭씨 600만도에 도달했다.그 후 2016년 2월 3일 첫 수소 플라즈마 생산이 과학 프로그램을 시작했다.최고온도의 플라즈마는 1초 동안 지속된 4메가와트 마이크로파 히터 펄스에 의해 생성되었다. 플라즈마 전자 온도는 100MK에 도달한 반면 이온 온도는 10MK에 도달했다. [19]정지 전에 2,000개 이상의 펄스가 수행되었다.

이러한 테스트는 약 한 달 동안 계속될 계획이었고, 그 후 진공 용기를 열고 보호용 탄소 타일을 깔고 플라즈마에서 불순물과 열을 제거하기 위한 "디버터"를 설치하기 위해 예정된 폐쇄가 예정되어 있었다.이 과학 프로그램은 방전 전력과 [20]지속 시간을 점차 증가시키면서 계속되었다.특수 자기장 위상은 [21][22]2016년에 확인되었다.

운영 단계 1(OP1.1)은 2016년 3월[17] 10일에 종료되고 업그레이드 단계가 시작되었습니다.

2017년에는[23] (냉각되지 않은) 다이버터를 테스트하기 위해 운영 단계 1이 계속되었다(OP1.2.

Wendelstein 7-X (OP1.2b 중)

냉각된 다이버터를 [24]테스트하기 위해 2021년 말에 작동 단계 2(OP2)가 계획되어 있습니다.COVID-19로 인해 업그레이드가 다소 지연/지연되었다.[25] 플라즈마 실험은 2022년 이전에 재개될 것으로 예상된다.

2018년 6월 약 4000만도의 기록적인 이온 온도, 0.8 × 1020 입자/m의3 밀도, 0.2초의 감금 시간에서 [26]입방미터당 626 × 10도의 기록적인 핵융합 생성물이 생성되었다.

2018년 마지막 실험에서 밀도는 2000만 도 온도에서 2 × 1020 입자/m에3 도달했다.혈장 값이 좋으면 방전 시간이 100초로 긴 지속 플라스마를 얻을 수 있었다.에너지 함량이 1메가줄 [27][28]초과했습니다.

2021년에는 2018년 실험에서 수집된 X선 영상 결정 분광계 데이터를 분석하여 문제가 되는 신고전적 수송 열 손실을 크게 줄였다.가열된 입자 간의 충돌로 인해 일부는 자기장을 빠져나갑니다.이는 기록 [29][30]결과를 달성하는 데 필수적인 자기장 케이지 최적화 때문입니다.

타임라인

날짜. 이벤트
1980 계획[31][32] 개시
1994 프로젝트 개시
2005 어셈블리가 시작되었습니다.
2014 취임식
2015년 12월 운영 단계 OP1.1 시작
2015 1MK에서 0.1초 동안 헬륨 플라즈마 테스트 성공
2016 80 MK에서 0.25초 동안 수소 플라즈마
2016년 3월 OP1.1 종료, 업그레이드 단계 시작
2017년 6월 운영 단계 OP1.2 시작
2018년 6월 6×10도초263[33]/m의 융접 삼중곱
2018년 11월 OP1.2 종료, 업그레이드 단계 시작
2022년 8월 9일 수냉기를 사용한 최종 조립 단계 완료
2022년 가을[34] (예정) OP2 시작(안정 상태 동작)

자금 조달

프로젝트에 대한 재정적 지원은 독일에서 약 80%, 유럽연합에서 약 20%입니다.독일 자금의 90%, 메클렌부르크포어포메른 주정부에서 10%를 지원하고 있습니다.1997-2014년 동안 스텔라레이터 자체에 대한 총 투자는 3억 7천만 유로에 달했으며, 18년 동안 투자와 운영 비용(인적 및 물질적 자원)을 더한 총 비용은 10억 6천만 유로에 달했다.이는 당초 예상 예산을 초과한 것으로, 주로 초기 개발 단계가 예상보다 길어 인건비가 [35]두 배로 증가했기 때문입니다.

2011년 7월, Max Planck Society의 회장인 Peter Gruss는 미국 [36]에너지부의 "핵융합에 대한 혁신적인 접근" 프로그램에 따라 750만 달러를 기부할 것이라고 발표했다.

협력 기관

유럽 연합

미국

일본.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b 개요 – Wendelstein 7-X Stellarator Retrieved 2014년 11월 5일.
  2. ^ Clery, Daniel (21 October 2015). "The bizarre reactor that might save nuclear fusion". sciencemag.org. Science Magazine. Retrieved 25 October 2015.
  3. ^ Wi-A, Wii-B, WiI-A, WiI-B, W7-A:
  4. ^ a b c d e Klinger, Thomas (14 April 2011). "Stellarators difficult to build? The construction of Wendelstein 7-X" (PDF). Retrieved 13 June 2011. 53장의 슬라이드 - 다수의 사진
  5. ^ a b c "Magnet tests on Wendelstein 7-X successfully completed". 7 July 2015. Archived from the original on 16 July 2015.
  6. ^ "Stellarator Heating and Optimization". Retrieved 10 December 2015.
  7. ^ "Microwave heating – ECRH". Retrieved 10 December 2015.
  8. ^ "Neutral Beam Injection Heating (NBI)". Retrieved 10 December 2015.
  9. ^ "Ion Cyclotron Resonance Heating (ICRH)". Retrieved 10 December 2015.
  10. ^ "Profile Diagnostics". Retrieved 10 December 2015.
  11. ^ Arnoux, Robert (15 April 2011). "The stellarator renaissance". Retrieved 13 June 2011.
  12. ^ Jeffrey, Colin (25 October 2015). "Wendelstein 7-x stellarator puts new twist on nuclear fusion power". www.gizmag.com. Retrieved 27 October 2015.
  13. ^ "US narrows fusion research focus, joins German stellarator". 1 September 2011.[영구 데드링크]
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  15. ^ "Start of scientific experimentation at the Wendelstein 7-X fusion device". phys.org. 7 June 2016. Retrieved 11 October 2016.
  16. ^ Milch, Isabella (12 May 2014). "Preparations for operation of Wendelstein 7-X starting". Retrieved 16 May 2014.
  17. ^ a b c "Wendelstein 7-X Newsletter No. 13 / April 2017" (PDF).
  18. ^ "The first plasma: the Wendelstein 7-X fusion device is now in operation". Max Planck Institute for Plasma Physics. 10 December 2015. Retrieved 10 December 2015.
  19. ^ "Wendelstein 7-X: Upgrading after successful first round of experiments". phys.org. 11 July 2016. Retrieved 11 October 2016.
  20. ^ "Wendelstein 7-X fusion device produces its first hydrogen plasma". Max Planck Institute for Plasma Physics. 3 February 2016. Retrieved 4 February 2016.
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  22. ^ "Tests confirm that Germany's massive nuclear fusion machine really works". ScienceAlert. Retrieved 7 December 2016.
  23. ^ "Wendelstein 7-X: Second round of experimentation has begun".
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  26. ^ "Wendelstein 7-X, 퓨전 제품 세계 기록 달성" Phys.org, 2018년 6월 25일
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  28. ^ Lavars, Nick (26 November 2018). "Wendelstein 7-X fusion reactor keeps its cool en route to record-breaking results". newatlas.com. Retrieved 1 December 2018.
  29. ^ Beidler, C. D.; Smith, H. M.; Alonso, A.; Andreeva, T.; Baldzuhn, J.; Beurskens, M. N. A.; Borchardt, M.; Bozhenkov, S. A.; Brunner, K. J.; Damm, H.; Drevlak, M. (11 August 2021). "Demonstration of reduced neoclassical energy transport in Wendelstein 7-X". Nature. 596 (7871): 221–226. Bibcode:2021Natur.596..221B. doi:10.1038/s41586-021-03687-w. ISSN 1476-4687. PMC 8357633. PMID 34381232.
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  31. ^ "Milestones". www.ipp.mpg.de.
  32. ^ Grieger, G.; Renner, H.; Wobig, H. (1985). "Wendelstein stellarators". Nuclear Fusion. 25 (9): 1231–1242. doi:10.1088/0029-5515/25/9/040. ISSN 0029-5515.
  33. ^ "Wendelstein 7-X achieves world record". www.ipp.mpg.de. Retrieved 30 June 2018.
  34. ^ Julia Sieber (9 August 2022). "Expansion of the Wendelstein 7-X fusion device completed / Experiments to start in autumn".
  35. ^ FAZ: frei für deutschen Sonnenofen 구토 20 시작.2014년 마이
  36. ^ Isabella Milch (7 July 2011). "USA joining the Wendelstein 7-X fusion project". Max Planck Institute of Plasma Physics. Retrieved 4 February 2016.

외부 링크

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좌표:54°04′23§ N 13°25~26°E/54.073°N 13.424°E/ 54.073; 13.424