Ο Wendelstein 7-X στο Greifswald της Γερμανίας, ο μεγαλύτερος stellarator, έθεσε νέο υψηλό επίπεδο για τη βιώσιμη απόδοση σύντηξης. Οι ερευνητές διατήρησαν σταθερό ένα πλάσμα υψηλής ποιότητας για 43 δευτερόλεπτα χρησιμοποιώντας κατεψυγμένο υδρογόνο, ανεβάζοντας ένα βασικό κριτήριο απόδοσης σε νέο ρεκόρ σύντηξης.
Νέα ώθηση για την σύντηξη
Η ομάδα τροφοδότησε το πλάσμα με περίπου 90 σφαιρίδια κατεψυγμένου υδρογόνου, το καθένα διαμέτρου περίπου 0,04 ίντσας, ενώ μικροκύματα υψηλής ισχύος θέρμαναν το καύσιμο σε περισσότερους από 20 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου με κορυφές κοντά στα 30 εκατομμύρια.
Το αποτέλεσμα δείχνει πρόοδο προς το είδος της σταθερής λειτουργίας που θα χρειάζονται οι μελλοντικοί αντιδραστήρες για να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια.
Σύντηξη και το τριπλό προϊόν
«Το νέο ρεκόρ είναι ένα τεράστιο επίτευγμα από τη διεθνή ομάδα. Καταδεικνύει εντυπωσιακά τις δυνατότητες του Wendelstein 7-X», δήλωσε ο Thomas Klinger, επικεφαλής επιχειρήσεων στο Wendelstein 7-X. Ο Klinger είναι επίσης επικεφαλής της δυναμικής και μεταφοράς stellarator στο Ινστιτούτο Max Planck για τη Φυσική Πλάσματος (IPP) στο Greifswald.
Οι ερευνητές σύντηξης παρακολουθούν την πρόοδο με το τριπλό γινόμενο, το οποίο πολλαπλασιάζει την πυκνότητα του πλάσματος, τη θερμοκρασία και τον χρόνο περιορισμού ενέργειας. Ένα ευρέως αναφερόμενο όριο για τους αντιδραστήρες παραγωγής ενέργειας ονομάζεται συχνά κριτήριο Lawson και σας λέει πότε ένα πλάσμα θα μπορούσε να παράγει περισσότερη ενέργεια από όση καταναλώνει. Η επίτευξη αυτής της γραμμής σε σχετικές συνθήκες είναι ο μακροπρόθεσμος στόχος για πειράματα μαγνητικού περιορισμού.
Κάθε παράγοντας στο τριπλό γινόμενο πρέπει να είναι υψηλός ταυτόχρονα, όχι ο ένας μετά τον άλλον. Γι' αυτό οι μεγάλοι παλμοί έχουν σημασία, επειδή δοκιμάζουν πόσο καλά συγκρατούνται η θέρμανση, η τροφοδοσία και τα τοιχώματα υπό τάση.
Παγωμένο υδρογόνο και θερμό πλάσμα
Τα πλάσματα μακράς διαρκείας χρειάζονται σταθερό ανεφοδιασμό και εκεί μπήκε το Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge (ORNL) και το νέο τους σύστημα σφαιριδίων. Οι μηχανικοί κατασκεύασαν έναν συνεχώς λειτουργικό εγχυτήρα που σχηματίζει μια αλυσίδα στερεού υδρογόνου και κόβει μικροσκοπικούς κυλίνδρους που εκτοξεύονται στο πλάσμα με έναν προσεκτικά χρονισμένο ρυθμό.
Οι χειριστές χρησιμοποίησαν μεταβλητούς προγραμματισμένους ρυθμούς για να ταιριάξουν το εισερχόμενο καύσιμο με το μοτίβο θέρμανσης. Αυτός ο έλεγχος διατήρησε την πυκνότητα σε ένα καλό εύρος χωρίς να καταπνίξει τη θερμότητα που χρειαζόταν το πλάσμα για να παραμείνει ενεργό.
Τα σφαιρίδια έκαναν περισσότερα από το να τροφοδοτούν το πλάσμα. Βοήθησαν επίσης να τιθασεύσουν τις ακαθαρσίες και να σταθεροποιήσουν τις συνθήκες στις άκρες που διαφορετικά εξαντλούσαν την ενέργεια και μείωναν τους παλμούς.
Η τροφοδοσία με σφαιρίδια αποτελεί γέφυρα για τη λειτουργία του αντιδραστήρα. Οι μελλοντικές μηχανές θα χρειάζονται συνεχή ή σχεδόν συνεχή τροφοδοσία για να εξισορροπήσουν την καύση και να αποτρέψουν την εξάντληση του πυρήνα κατά τη διάρκεια σταθερής λειτουργίας.
Μέτρηση θερμότητας, πυκνότητας και χρόνου
Τα καλά αρχεία είναι τόσο αξιόπιστα όσο οι μετρήσεις πίσω από αυτά. Το Εργαστήριο Φυσικής Πλάσματος του Πρίνστον παρείχε ένα φασματόμετρο κρυστάλλων απεικόνισης ακτίνων Χ που διαβάζει τις θερμοκρασίες ιόντων σε όλη την εγκάρσια τομή του πλάσματος.
Η πυκνότητα ηλεκτρονίων παρακολουθήθηκε με ένα συμβολόμετρο ακριβείας που αναπτύχθηκε στο IPP και ο χρόνος περιορισμού ενέργειας ακολουθήθηκε από τη λεπτομερή σουίτα διαγνωστικών. Αυτές οι εισροές δίνουν στην τριπλή αξία του προϊόντος την αξιοπιστία της.
Τα διαγνωστικά πρέπει να συμφωνούν και να παραμένουν βαθμονομημένα σε μεγάλες περιόδους. Οι ομάδες προσαρμόζονται για γωνίες θέασης, φως φόντου και μικρές μετατοπίσεις που εισέρχονται κατά τη διάρκεια λεπτών λειτουργίας.
Δύο ακόμη ορόσημα που πρέπει να σημειωθούν
Η ίδια εκστρατεία αύξησε τη συνολική ενεργειακή ανακύκλωση σε 1,8 gigajoules σε έξι λεπτά, από 1,3 gigajoules στις αρχές του 2023. Το πλάσμα έφτασε επίσης σε πίεση περίπου 3% σε σχέση με τη μαγνητική πίεση, ένα βήμα προς το 4 έως 5% που πιθανότατα θα απαιτήσει μια μελλοντική μονάδα.
Αυτός ο λόγος πίεσης ονομάζεται συχνά βήτα και έχει σημασία επειδή η υψηλότερη πίεση σε ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο σημαίνει περισσότερη ισχύ για τη συσκευή ίδιου μεγέθους. Η αύξηση της βήτα χωρίς να προκαλεί αστάθειες είναι ένα κεντρικό θέμα στο έργο σχεδιασμού σύντηξης.
Η θέρμανση βασιζόταν στον συντονισμό ηλεκτρονίων κυκλοτρονίου (ECR), μια μέθοδο μικροκυμάτων που ενεργοποιεί απευθείας ηλεκτρόνια στο πλάσμα. Ο προσεκτικός συντονισμός μεταξύ θέρμανσης και τροφοδοσίας διατήρησε τις συνθήκες κοντά στους προγραμματισμένους στόχους.
Η συσκευή δεν λειτουργούσε απλώς ζεστή, αλλά λειτουργούσε ήρεμα. Αυτή η συμπεριφορά έχει σημασία επειδή οι σταθμοί παραγωγής ενέργειας θα χρειαστούν σταθερές εκκενώσεις που μπορούν να παρακολουθούν τις εισόδους ελέγχου για μεγάλα χρονικά διαστήματα.
Πλάσμα, υδρογόνο και το μέλλον
Το πρόγραμμα W7 X στρέφεται τώρα σε μεγαλύτερους θερμαντήρες, πρόσθεσαν λειτουργίες ελέγχου pellet και βελτιωμένη προετοιμασία τοίχων. Ο στόχος είναι να διατηρείται υψηλή απόδοση για πολλά λεπτά, προστατεύοντας παράλληλα τα εξαρτήματα και διατηρώντας χαμηλές τις ακαθαρσίες.
Οι ερευνητές θα συνεχίσουν να συγκρίνουν τα αποτελέσματα με την παγκόσμια βάση δεδομένων για τη λειτουργία μεγάλου παλμού. Οι κοινές μέθοδοι βοηθούν όλους να μαθαίνουν πιο γρήγορα και να μειώνουν τα αδιέξοδα στον επόμενο γύρο δοκιμών.
www.worldenergynews.gr
