Cesko.wiki Wendelstein 7-X
Author
Albert FloresSchéma stelarátoru - systém cívek (modrá), plazma (žlutá), magnetická siločára na povrchu plazmatu (zelená). Wendelstein 7-X - Výzkumný komplex v Greifswaldu v Německu. Instalace napájení pro supravodivé rovinné cívky Konstrukce v červnu 2012. Pohled do vakuové nádoby stelarátoru. Na obrázku jsou vidět ocelové pláty vakuové nádoby a měděné chladiče, kterými protéká chladicí voda. Ty budou následně pokryty grafitem. Wendelstein 7-X je největší experimentální fúzní reaktor typu stelarátor. Nachází se v městě Greifswald v Německu a provozuje ho Ústav fyziky plazmatu Maxe Plancka. Je v provozu od roku 2015. Zařízení má za účel výzkum a vývoj technologií stelarátorů. Hlavním cílem je dosáhnout fúzní reakce trvající alespoň 30 min. při teplotě plazmatu 100 miliónů K a tím demonstrovat schopnost kontinuálního provozu stelarátorů (na rozdíl od tokamaků, které mohou dosáhnout kontinuálního provozu pouze v případě neinduktivního generování elektrického proudu v plazmatu). Tento experimentální reaktor není určen k výrobě elektrické energie. Vývoj reaktoru Wendelstein 7-X probíhal na základě zkušeností se stelarátorem Wendelstein 7-AS.
Projekt byl pojmenován po německé hoře Wendelstein v Bavorsku.
Konstrukce a hlavní komponenty
Wendelstein 7-X má 5 os symetrie a skládá se z pěti přibližně stejných modulů. Tvar je podobný toroidu. +more Plazma se v komoře udržuje pomocí magnetického pole generovaného dvaceti rovinnými a padesáti nakroucenými supravodivými cívkami, aniž by došlo k významnější interakci horkého plazmatu se stěnou vakuové nádoby. Nakroucené cívky jsou používány k přesnému tvarování magnetického pole. Cívky jsou konstruovány pro dosažení hustoty plazmatu 3×1020 částic na metr krychlový a teploty plazmatu až 130 miliónů K.
Hlavními komponenty jsou magnetické cívky, vakuová nádoba, systémy chlazení, kryostat, divertor a systémy pro ohřev plazmatu.
Supravodivé cívky (NbTi) jsou chlazeny kapalným heliem na teplotu maximálně 4 K. Při takto nízké teplotě je elektrický odpor supravodiče prakticky nulový. +more Díky proudu o velikosti 12. 8 kA protékající cívkami se pro udržení plazmatu v komoře generuje magnetické pole o velikosti až 3 T. Kvůli zabránění ohřátí cívek jsou instalovány tepelné štíty (zabránění přenosu tepla radiací) a celé zařízení je v kryostatu, který udržuje nízkou hodnotu tlaku - vytváří vakuum (zabránění přenosu tepla kondukcí).
Ve vakuové nádobě je magnetickým polem spoutáno plazma. Jak název napovídá, je v této části zařízení udržován velmi nízký tlak (vakuum) všech látek kromě paliva, aby plazma nebylo znečišťováno a ochlazováno. +more Nádoba tvarem kopíruje tvar plazmatu a má 254 otvorů pro diagnostiku a pro ohřev plazmatu. I když stěna vakuové nádoby s horkým plazmatem v podstatě neinteraguje, je i tak zatížena vysokými tepelnými toky a její první stěna musí být vyrobena z tepelně odolných materiálů.
Ohřev plazmatu probíhá pomocí elektromagnetických vln o rezonanční frekvenci buď elektronů, nebo iontů a pomocí vstřelování svazků neutrálních atomů.
Divertor hraje zásadní roli v odvodu odpadních produktů fúzní reakce, díky čemuž se udržuje plazma čisté.
Historie projektu
Financování projektu z německého rozpočtu bylo oficiálně schváleno v roce 1994 v Greifswaldu. Budova pro stelarátor byla dokončena v roce 2000. +more Hlavní fáze konstrukcí skončila v roce 2014. První experiment s heliovým plazmatem se uskutečnil v prosinci roku 2015. Jeho cílem bylo především vyčištění vakuové nádoby. Dále také proběhly testy systémů ohřevu a diagnostiky. V roce 2016 se slavnostně konal za přítomnosti německé kancléřky Angely Merkelové první experiment s vodíkovým palivem.
První série experimentů probíhala od prosince 2015 do března roku 2016. Nejprve s heliovým plynem a následně s vodíkovým plynem. +more Palivo se v reaktoru nacházelo o poměrně vysoké teplotě (10 miliónů K), ale při velmi nízké hustotě, aby se zabránilo poškození vakuové nádoby. V této fázi se testovala především správná funkce supravodivých cívek a diagnostiky. Po skončení této série se do vakuové nádoby instalovaly grafitové bloky pro ochranu ostatních komponent a divertor pro odvod odpadních produktů fúzní reakce.
Druhá fáze experimentů probíhala v letech 2017 a 2018 a měla za účel ověřit správnou funkci divertoru a první stěny. Experimenty jejich správnou funkci prokázaly, a proto se mohlo přistoupit k ověření numerických predikcí chování plazmatu o vyšších parametrech. +more Délka nejdelšího výboje byla v této fázi 100 s. Protože výsledky byly v souladu s předpověďmi a prokázal se pozitivní vliv divertoru, druhá fáze experimentů skončila úspěchem. Pokusy byly dočasně zastaveny a začalo se s dalším vylepšením zařízení. Jedná se především o výměnu nechlazených divertorových bloků, které jsou v zařízení nejvíce zatížené tepelným tokem, za vodou chlazené divertorové bloky. Tato úprava by měla umožnit dosáhnout v další fázi experimentů cíle reaktoru Wendelstein 7 -X, a to výboj trvající 30 min. při teplotě plazmatu 100 miliónů K.
Spuštění další série experimentů je naplánované na rok 2022.
Časová osa
| Datum | Událost |
|---|---|
| 1980 | Zahájení plánování |
| 1994 | Zahájení projektu |
| 2005 | Zahájení konstrukce |
| 2014 | Inaugurace |
| Prosinec 2015 | Začátek první fáze experimentů |
| 2015 | První heliové plazma po dobu 0,1 s |
| 2016 | První vodíkové plazma po dobu 0,25 s |
| Březen 2016 | Konec první fáze experimentů |
| Červen 2017 | Začátek druhé fáze experimentů |
| Listopad 2018 | Konec druhé fáze experimentů |
| ~ 2022 (plánováno) | Začátek třetí fáze experimentů |
Financování
Projekt Wendelstein 7 -X financuje z 80 % Německo a z 20 % Evropská unie. 90 % německých prostředků poskytuje federální vláda a zbylých 10 % spolkový stát Meklenbursko-Přední Pomořansko.
Mezi roky 1997 a 2014 byla celková cena projektu 1,06 miliard €, což přesáhlo původní odhady, a to zejména kvůli výraznému prodloužení vývoje v začátcích projektu.
V roce 2011 prezident společnosti Maxe Plancka oznámil, že se Spojené státy americké budou podílet na financování projektu částkou 7,5 miliony $ v rámci programu ministerstva energetiky Spojených států "Inovativní řešení ve fúzním výzkumu".
Spolupracující instituce
EU
FJFI ČVUT (ČR) * Technická univerzita v Berlíně (Německo) * Univerzita v Greifswaldu (Německo) * [url=https://www. fz-juelich. +morede/portal/EN/Home/home_node. html]Výzkumné centrum v Jülichu[/url](Německo) * Ústav technologie v Karlsruhe (Německo) * Univerzita ve Stuttgartu (Německo) * Physikalisch-Technische Bundesanstalt (Německo) * Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA; Francie) * Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT; Španělsko) * Ústav jaderné fyziky a národní centrum pro jaderný výzkum v Krakově (Polsko) * Ústav fyziky plazmatu a laserové mikrofúze ve Varšavě (Polsko) * Výzkumný ústav částicové a jaderné fyziky v rámci maďarské akademie věd (Maďarsko) * Trilateral Euregio Cluster (Německo/Belgie/Nizozemsko) * Dánská technická univerzita (DTU) (Dánsko) * Eindhovenská univerzita technologie (Nizozemsko).
USA
Los Alamos National Laboratory * Oak Ridge National Laboratory * Princeton Plasma Physics Laboratory * University of Wisconsin-Madison * Massachusetts Institute of Technology * Auburn University * Xantho Technologies, LLC
Japonsko
Národní ústav pro fúzní vědu