Als eines der vielversprechendsten Designs von zukünftigen Fusion Energiesystemen hat der Sternimitator den Vorteil, dass er mit Hilfe von hochkomplexen Magnetfeldern Millionen von Grad Celsius -Plasma in einem stabilen Zustand einschränken kann. Dieses Magnetfeld wird im Allgemeinen durch große dreidimensionale Spulen erzeugt, wie das vom Vendelstein 7-X-Sternimitator am Max Planck Institute (IPP) in Greifswald verwendet. Es ist ein Vertreter des weltweit fortgeschrittenen Starimitators. Die Spule besteht aus supraleitenden Materialien und kann Strom ohne Widerstand übertragen, wenn er auf etwa 4 Kelvin (minus 269 Grad Celsius) abgekühlt ist.
Für zukünftige Kernkraftwerke sind Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) eine vielversprechende Wahl. Solche Materialien können bei extrem hohen Temperaturen (sogar bis zu 93 Kelvin, d. H. Minus 180 Grad Celsius) eine Superkonformität erreichen, oder erzeugen stärkere Magnetfelder, wenn sie bei niedrigeren Temperaturen operieren, wodurch kompaktere und wirtschaftliche Fusionsreaktoren gestaltet werden.
Der Aufbau solcher Spulen steht jedoch erheblichen Design- und technischen Herausforderungen gegenüber. Hochtemperature supraleitende Materialien haben spröde mechanische Eigenschaften und müssen auf einem festen Substrat in Form eines Streifens abgelagert werden, bevor sie verwendet werden können. Sie können nicht überstreicht werden, sonst verlieren sie ihre supraleitenden Eigenschaften. Die nicht planare Spulenform, die durch das moderne Sternimitator-Design erforderlich ist, erhöht die Schwierigkeit. Darüber hinaus ist der Einfluss von supraleitenden Hochtemperaturstreifen und -spulen auf die durch Fusionsreaktoren erzeugten Neutronen noch unklar.
Zu diesem Zweck stellte die Deutsche Federal Research Department (BMFTR) 7 Millionen Euro zur Unterstützung der Entwicklung robusterer und langlebigerer hochtemperativer supraleitender Streifen und Spulen zur Verfügung, die besser für Fusionsanwendungen geeignet sind. Das Projekt, das von TheVa D Nschichttechnik in Ismanin geleitet wurde, erhielt 5,25 Millionen Euro an Finanzmitteln, entwickelt einen neuen, zusammenkassenden supraleitenden Strip, um die strengen Anforderungen der Fusionsgeräte zu erfüllen. Das Independent Institute of Physics (IPP) in der Nähe von München hilft bei der Entwicklung von Forschungsmaterialien, einschließlich der experimentellen Überprüfung der für die Herstellung von nicht planaren Spulen erforderlichen Merkmale und die Leistung kleiner Testspulen mit einer Finanzierung von 948.000 Euro. Heinz Meier-Lebniz von der Technischen Universität München studierte Neutronenquellen (FRM II) und untersuchte den Einfluss der Neutronenstrahlung auf die Leistung von Streifen.
Dr. Eve Stenson, der Leiter und Chefforscher des IPP -Teils des Projekts, erklärte, dass in Zukunft die Spulen der Fusionskraftwerke extremen Bedingungen standhalten müssen, starke Magnetfelder erzeugen, bei niedrigen Temperaturen zuverlässig arbeiten und eine Größe von mehreren Metern haben müssen. Es gibt jedoch immer noch grundlegende Probleme bei der Gestaltung neuer Hochtemperatur-supraleitender Streifen und Spulen, die durch kleine, niedrigmagnetische Felder, schnelles Prototyping und iterative Forschung im öffentlichen und privaten Sektor gelöst werden können. Dies ist das Ziel des Projekts.
Das HTS4Fusion-Projekt erhält eine besondere Bedeutung für das Testen des Konzepts von Janus (gemeinsame Schutt unkonventionelle Superkonferenz). Die Janus-Methode verwendet eine mehrschichtige Verbundstruktur wie zwei supraleitende Schichten, die von einem leitenden Mezzanin verbunden sind, die effektive Stromversorgung zwischen jeder Schicht realisiert, verbessert die Gesamtstromkapazität und Robustheit der Spulen und kann sich besser an die komplexe Magnetfeldverteilung der Sternimitatoren anpassen.
Dr. Stenson sagte, das Ziel des Teams sei es, TheVA bei der Herstellung von supraleitenden Streifen mit hoher Temperature zu unterstützen, die besser für die Herstellung von Sternspulen geeignet sind und detaillierte Spezifikationen für Simulations- und Entwurfsberechnungen basierend auf der Überprüfung der Prototyp-Tests bereitstellen. Das Team wurde von der vorherigen Verwendung verschiedener Hochtemperatur-supraleitender Kabel ausgeliehenErfahrung im Kreis Basic Plasma Science Experiment.
Das Hauptproblem bei der Gestaltung von Satellitenmagneten ist die Anisotropie kritischer Ströme. Der maximale Strom, der durch hochtemperaturübergreifende supraleitende Klebeband unter Nullwiderstand getragen wird, wird durch Temperatur, Feldstärke und Winkel zwischen Klebeband und Magnetfeld beeinflusst. Die Leistung von Theva -Bandspitzen, wenn das Magnetfeld relativ zur Klebebandoberfläche um 30 Grad geneigt ist. Das Janus -Konzept schlägt vor, zwei verschiedene Orientierungen von HTS -Schichten zur Verwendung dieser Winkelabhängigkeit zu kombinieren. Für seine Weiterentwicklung ist jedoch eine zusätzliche Berechnung und experimentelle Überprüfung erforderlich. Das IPP-Team wird relevante Hintergründe verwenden, um den Janus-Streifen in die Nicht-planare-Spulen-Geometrie zu formen, den Streifenwedelwinkel zu optimieren, Stützmaterialien auszuwählen und kontrollierte Lowperaturkühlung zu implementieren.
Das Team von Eve Stenson stützte sich auch auf frühere Projekterfahrungen, z. B. die Verwendung von EPOS-Geräten (optimieren elektronischer und Positronik in Stern) und die Arbeit an der Open-Source-Design-Software-SIMSOPT, um hochtemperaturübergreifende mechanische Belastungsbeschränkungen in die Sternentwurfsoptimierung einzubeziehen.
Die ersten Testspulen werden auf einem benutzerdefinierten 3D -gedruckten Wickelrahmen gebaut und bei einer Temperatur von etwa 20 Kelvin (minus 253 Grad Celsius) getestet. Dr. Stenson sagte, dass diese Tests entscheidend für das Verständnis der tatsächlichen Leistung von Verbundriemen sind und nur durch experimentelles Validieren des Designs eine solide Grundlage für zukünftige Magnetsysteme sicherstellen können.
Zusätzlich zur mechanischen Stärke werden IPP -Forscher auch die thermische Leistung von Spulen untersuchen, wie z. Der Demonstrationsspulendurchmesser beträgt mehrere zehn Zentimeter bis ein Meter, was weniger als ein Viertel der Größe des Reaktorskala -Systems entspricht. Dr. Stenson kam zu dem Schluss, dass, wenn die höhere Leistung und die stärkere hochtemperische supraleitende Satellitenimitatorspule erfolgreich auf kleinem Maßstab aufgebaut sind, die Ergebnisse auf eine größere Größe und ein stärkeres Magnetfeld erweitert werden können.