Asdex Upgrade deney tesisi ilk plazmasını üretiyor
[ad_1]
30 yıldır Asdex Yükseltmesi, iklim açısından nötr enerji üreten bir füzyon santralinin yolunu açıyor. Tokamak füzyon tesisi bu süre zarfında defalarca genişletildi ve geliştirildi. En azından bu nedenle, diğer füzyon tesislerinin tasarımına ve işletimine dahil edilen çok sayıda bilgi sağlar. Örneğin, Asdex Upgrade ekibi, Birleşik Krallık’taki Jet test tesisinin ve Fransa’daki Iter test tesisinin işletilmesi için senaryolar ve planlı bir demonstrasyon elektrik santrali için tahminler geliştirdi. 2022 ortası için planlanan bir dönüşüm, tesisi geleceğe hazırlamayı hedefliyor.
Füzyon araştırmasının amacı, iklim ve çevre dostu bir enerji santrali geliştirmektir. Güneş gibi, amacı da atomik çekirdeklerin füzyonundan enerji elde etmektir. Bunun yakıtı son derece ince, iyonize bir hidrojen gazı – bir plazma. Füzyon ateşini tutuşturmak için, plazmanın manyetik alanlarla neredeyse temassız olarak kapatılması ve 100 milyon derecenin üzerinde ısıtılması gerekir.
Max Planck Plazma Fiziği Enstitüsü’ndeki bilim adamları, sıcak yakıt ve çevredeki duvarlar arasındaki etkileşimi düzenlemek için Asdex Yükseltmesini, tesise adını veren bir dalgıç ile donattı: Eksenel simetrik dalgıç deneyi. Ek bir manyetik alan sayesinde, yön değiştirici alan plazmadaki safsızlıkları giderir ve ısı yalıtımını iyileştirir.
Bununla birlikte, önceki Asdex’in aksine, Asdex Yükseltmesi, plazmanın yönlendiricisi ve önemli özellikleri, özellikle de yoğunluk ve duvarlardaki yük, daha sonraki bir elektrik santralindeki koşullara daha yakından uyarlanmıştır. Plazmayı gözlemlemek için güçlü bir plazma ısıtıcı ve sofistike ölçüm ekipmanı ile donatılmış olan Asdex Yükseltmesi, bu nedenle potansiyel bir enerji santrali için çalışma modları geliştirmek için kullanılabilir. Bugüne kadar 38.700 plazma deşarjında, tesis, Avrupa ortak deneyi Jet ve uluslararası deneysel reaktör Iter ile planlanmış bir demonstrasyon elektrik santrali için temel araştırma sorularını yanıtladı.
Plazma kabı için bir tungsten duvarı
Asdex Yükseltmesi ile araştırmacılar, plazma kabının duvarını karbon yerine tungsten ile kapladıklarında gelecekteki bir füzyon santraline doğru önemli bir adım attılar. Karbon, deney bitkileri için önemli avantajlara sahiptir. Bununla birlikte, bir enerji santralinin işletilmesi için uygun değildir, çünkü plazma tarafından çok fazla aşınır ve kendisine çok fazla yakıt bağlar. Yüksek erime noktası nedeniyle tungsten, en azından prensipte bir duvar malzemesi olarak çok uygundur. Ancak plazma, duvardan defalarca salınan tungsten atomlarındaki en küçük safsızlıklar nedeniyle hızla soğur. Çok sayıda deneyden sonra, Asdex yükseltme ekibi bu sorunu çözmeyi başardı.
Bu başarının doğrudan sonuçları: Büyük bir yeniden yapılanmada, Avrupa ortak deneyi Jet, 2011’de bir tungsten dalgıç aldı. Uluslararası deneysel reaktör Iter ekibi, bir karbon yönlendiriciyle başlangıçta planlanan deneylerden vazgeçip doğruca tungstene gitmeye karar verdi. Tungsten ayrıca gösteri santrali için referans malzemedir.
Hidrojen enjekte etmek kararsızlığı önler
Yüklü plazma partiküllerinin sınırlayıcı manyetik alanla etkileşiminde, plazma hapsinde çeşitli bozukluklar meydana gelebilir. Bunlar, plazma kenarındaki veya ELM’lerdeki (kenar yerelleştirilmiş modlar) dengesizlikleri içerir. Bu süreçte, kenar plazması kısaca sınırını kaybeder ve periyodik olarak plazma parçacıklarını ve enerjiyi damar duvarlarına dışarı doğru atar. Asdex Yükseltmesi gibi orta büyüklükteki bitkiler bununla başa çıkabilirken, Iter gibi büyük tesislerdeki dalgıçlar aşırı yüklenebilir. Bu sorunu çözmek için Asdex Yükseltmesi için istikrarsızlıkları önleme prosedürleri geliştirilmiştir. Plazma kabındaki on altı küçük manyetik bobin, alanları ile kararsızlığı tamamen bastırır. En dıştaki plazma kenarında ikinci bir yöntem başlar. Doğru plazma şekli – manyetik alan yoluyla – yeterince yüksek partikül yoğunluğu sağlanırken – hidrojen enjekte edilerek – ayarlanabiliyorsa, ELM’ler gelişemez.
Sürekli çalışmayı sağlamak
Sürekli çalışma, manyetik kafesi üst üste binmiş iki manyetik alanla inşa eden tokamak tipi füzyon tesisleri (Asdex Yükseltme, Jet veya Iter gibi) tarafından garanti edilir: harici manyetik bobinler tarafından oluşturulan halka şeklinde bir alan ve bir akımın alanı plazmada akıyor. Manyetik alanları birleştirerek, alan çizgileri plazmayı çevreleyecek şekilde bükülür. Plazma akımı normalde plazmadaki bir transformatör bobini tarafından darbeli bir şekilde indüklenir. Daha karmaşık yıldızların aksine, tüm sistem darbelerle çalışır – tokamakların bir kusuru.
Bu nedenle Max Planck Plazma Fiziği Enstitüsü’ndeki bilim adamları, plazmadaki akımı sürekli olarak oluşturmak için çeşitli yöntemleri araştırıyorlar. Örneğin, plazmada ek bir akımı harekete geçiren yüksek frekanslı dalgaları veya parçacık ışınlarını enjekte ederek. Böylece, sistemi neredeyse bir transformatör olmadan ve ilk kez pratik olarak uygun metalik bir iç duvara sahip bir makinede çalıştırmayı başardılar. Asdex Yükseltmesi normalde iletken bakır bobinlerle donatılmamış olsaydı, bunun yerine süper iletken manyetik bobinler (Iter’de olduğu gibi) ile donatılmış olsaydı, bu aşama çok daha uzun süre uzatılabilirdi – potansiyel olarak sürekli çalışmaya kadar.
Bundan sonra ne olacak
Asdex Yükseltmesinin 30 yıllık çalışması boyunca, yön değiştirici şekli birkaç kez değiştirildi ve optimize edildi. Araştırmacılar şimdi bir adım daha ileri gitmek ve yeni bir dalgıç konseptini test etmek istiyor. Plazma kabının çatısındaki iki ek manyetik bobin, plazmadan gelen gücün daha geniş bir alana dağıtılması için yön değiştirici alanını havalandırmak üzere tasarlanmıştır. Bobinlerin montajının 2022 ortalarında başlaması planlanıyor. Bu tür genişletmeler, gelecekteki bir gösteri santralinin sorunlarını çözmek için Garching tokamak’ta gelecekteki araştırmalara da olanak sağlayacaktır. Proje Lideri Arne Kallenbach, “Asdex Yükseltmesi birçok yönden tokamak füzyon santrali için bir plan olarak görülebilir” diyor. “Yeni geliştirilen bilgisayar kodlarıyla birlikte, 30 yılı aşkın bir süredir geliştirilen numune deşarjları, bir elektrik santrali için güvenilir bilgi sağlıyor.”
İlk kez: tokamaks’ta plazma kenarı dengesizliklerinin gerçekçi simülasyonu
[ad_2]