In jüngster Zeit wurden wichtige Fortschritte im Bereich der internationalen Fusionsforschung erzielt. Forscher aus Deutschland und den Vereinigten Staaten haben zusammengearbeitet, um einen Rekord der höchsten Leistungsexperiment für kontinuierliche Fusion am Wendelstein 7-X (W7-X) -Star-Emulator mit mehr als 30 Sekunden zu erstellen und die Zeit auf 43 Sekunden zu verlängern. Dieses Ergebnis markiert den Schritt der Welt in Richtung kommerzieller Fusionskraftwerke.
Das W7-X ist ein sternähnliches Gerät, das vom Max-Planck-Institut für Plasma-Physik in Deutschland betrieben wird und vom US-amerikanischen Energieministerium (DOE) mit Unterstützung des US-amerikanischen Gesundheitsministeriums für Wissenschaft und Technologie und des Oak Ridge National Laboratory (ORNL) entworfen und gebaut wurde.
Novimir Pablant, Leiter des PPPL -Sternimitator -Experimentabteils, sagte, wenn die Aufzeichnung 30 Sekunden lang aufrechterhalten werden kann, gibt es Grund zu der Annahme, dass der Zustand dieser Plasmen Wochen, Monate oder sogar Jahre dauern kann, da 30 Sekunden genug für Wissenschaftler ausreichend sind, um die relevanten physischen Prinzipien zu beobachten, und das Experiment zuletzt lange Zeit, bis sich die Plasma oder die Plasma oder die Experimentelle nicht mehr ändern. Die Verlängerung der Entlassungszeit auf 30 Minuten oder mehr hat jedoch weiterhin technische Herausforderungen, die mit der technischen Zuverlässigkeit zusammenhängen.
Die Aufzeichnung ergibt sich aus dem, was Fusionsforscher als Dreifachprodukt bezeichnen, was ein wichtiger Indikator ist, um zu messen, ob sich ein Fusionssystem selbst aufrechterhalten kann. Es wird durch Multiplizieren von drei Faktoren abgeleitet: Plasmadichte, Temperatur und Zeitlänge, die das Plasma in einem Magnetfeld gebunden ist. Das rekordverdächtige Ergebnis ist für zwei Fusionssysteme geeignet: Stern und Tokamak. Tokamak ist einfacher im Design, erfordert jedoch einen internen Strom, um das Plasma aufrechtzuerhalten, während das Satellitengerät externe Magnete verwendet, um den Kern zu verschmelzen und Energie zu freiszen. Zuvor war der Triple Product Record-Inhaber mit Plasmaimpulsdauern von mehr als 10 Sekunden das gemeinsame europäische Torus (JET) Tokamak-Gerät des Vereinigten Königreichs, das Ende 2023 im Ruhestand war. Mit längeren Dauern, die für zukünftige Kernkraftwerke besser für zukünftige Kernkraftwerke geeignet sind, ist das W7-X-Gerät derzeit das Plasma-Volumen.
Thomas Klinger, Leiter der Dynamik und Übertragung von IPP-Stellar-Emulatoren, sagte, der neue Rekord sei eine große Leistung des internationalen Teams, das das Potenzial des Wendelstein 7-X-X-X-X-X-X-Teams auf den Weg zum Tokamak-Niveau unter langen Plasma-Pulsen zeigt, die auf dem Weg zu Stellar-Emulatoren verwendet werden können, die in Kraftpolen verwendet werden können.
Der W7-X soll beweisen, dass die Sternimitatoren in der Praxis theoretisch eine hervorragende Leistung erzielen können und das Konzept zukünftiger Fusions-Kraftstationen werden. Fusionsreaktionen müssen in einem Plasma durchgeführt werden, das aus geladenen Partikeln besteht, die auf zig Millionen Grad Celsius erhitzt werden, von einem komplexen und starken Magnetfeld erfasst und in einer ringförmigen Vakuumhöhle schwimmt.
PPPL spielte eine Schlüsselrolle in diesem rekordverdächtigen Experiment und entwickelte das Kontrollsystem für den ORNL-Partikelinjektor. Das System injiziert gefrorene Wasserstoffpartikel in das Plasma und erreicht eine längere Plasmadauer durch kontinuierliche Kraftstoffaufladung. Pablant sagte, dass das Kontrollsystem dem Knopf am Ofen ähnlich ist und Parameter des Partikelinjektors wie Sprühen festlegen kann.Die Rate von Feuerwehr, Geschwindigkeit, Start und Stopp usw. steuert auch alle Vakuumpumpen, lesen die Sensoren und zeichnen die gemessenen Werte auf. In einem Datensatzexperiment wurden etwa 70 gefrorene Wasserstoffprojektile mit einer Größe von etwa 1 mm innerhalb von 30 Sekunden injiziert, während die mikrowelle Erwärmung des Plasmas die genaue Koordination zwischen Heizung und Projektilinjektion entscheidend war, um das optimale Gleichgewicht zwischen Heizleistung und Kraftstoffversorgung zu erreichen. Dieses Experiment betreibt den Projektilinjektor erstmals mit einer variablen vorprogrammierten Impulsfrequenz mit beeindruckender Ausführungsgenauigkeit, die in direktem Zusammenhang mit zukünftigen Fusionssystemen steht und die Plasmadauer in W7-X auf 30 Minuten erweitert.
Darüber hinaus hat PPPL mit Tomas Gonda von der Auburn University zusammengearbeitet, um ein Röntgenspektrometer zu betreiben, um die Temperatur von Ionen in einem Rekordplasma zu messen. Das diagnostische Tool zeigt, dass Plasmamemperaturen 20 Millionen Grad Celsius und Spitzentemperaturen bis zu 30 Millionen Grad Celsius überschreiten, wodurch die Kernfunktionen von PPPL bei der Diagnose hervorgehoben werden, und das von ihm bereitgestellte Messsystem ist entscheidend, um die für die Fusion erforderlichen Bedingungen zu verstehen.