WikiDer > Гибридное устройство штата Иллинойс для исследований и приложений
эта статья содержит контент, который написан как Реклама. (Январь 2020) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения) |
Гибридное устройство штата Иллинойс для исследований и приложений | |
---|---|
Готовое устройство HIDRA в Университете Иллинойса в Урбане-Шампейн. (Фото: Даниэль Андручик) | |
Тип устройства | Стелларатор, Токамак |
Расположение | Урбана, Иллинойс, НАС |
Принадлежность | Университет штата Иллинойс в Урбане-Шампейн |
Технические характеристики | |
Большой радиус | 0,72 м (2 фута 4 дюйма) |
Малый радиус | 0,19 м (7,5 дюйма) |
Магнитное поле | <0,5 т (5000 г) |
Мощность нагрева | 26 кВт (Магнетрон 2,45 ГГц, омический нагрев) |
История | |
Год (ы) эксплуатации |
|
В Гибридное устройство штата Иллинойс для исследований и приложений (HIDRA) - это тороидальное магнитное термоядерное устройство среднего размера, которое в настоящее время собирается внутри Центр взаимодействия плазменных материалов в Департамент ядерной, плазменной и радиологической инженерии на Университет штата Иллинойс в Урбане-Шампейн, Соединенные Штаты. Ожидается, что HIDRA получит первую плазму к середине сентября 2015 года и начнет полные экспериментальные кампании к декабрю того же года. HIDRA - это бывший WEGA классический стелларатор, который эксплуатировался в Институте плазмы им. Макса Планка в Грайфсвальде, Германия, с 2001 по 2013 год.
Уникальным аспектом HIDRA является то, что он может работать не только как стелларатор, но и как токамак, отсюда и название «гибрид». Фактически, должна быть возможность работать в двух режимах одновременно. Планируется, что непрерывная работа плазмы будет продолжаться до 30 минут, а в будущем - до 60 минут, и основное внимание будет уделено пониманию сложной взаимосвязи между плазмой и материалами внутри вакуумного сосуда термоядерного устройства.
История
HIDRA, вероятно, является наиболее популярным термоядерным устройством в мире. С момента своего создания во Франции он работал в 3 странах и 4 городах. За прошедшие годы цели исследования устройства резко изменились: от проведения исследований волнового нагрева до использования испытательного стенда для одного из самых сложных термоядерных устройств в мире, а теперь и до изучения того, как плазма взаимодействует с внутренней стенкой и материалами термоядерных устройств. Фактически, это будет первое тороидальное устройство, связанное с термоядерным синтезом, которое будет посвящено изучению плазменной стенки (PWI) и взаимодействий плазменных материалов (PMI).
Центр ядерных исследований (1972–1982 годы)
Фактически, HIDRA начиналась как другая машина в Centre d'Etudes Nucléaires в Гренобле, Франция, в 1972 году. Тогда она называлась WEGA с постройкой устройства с 1972 по 1975 год. WEGA был совместным проектом CEA Grenoble и Max-Planck-Institut für Plasmaphysik в Германии для изучения радиочастотного нагрева и низкогибридного нагрева. Всего было построено три вакуумных сосуда, два токамака и стелларатор. WEGA в основном работала как токамак с 1975 по 1982 год, несмотря на планы по установке стелларатора в 1976 году (требовался ремонт изоляции спиральной катушки). Достигнутые температуры электронов и ионов составляли: Те = 600 - 900 эВ и, Тя = 150 - 250 эВ. Плотность пе = 1.6×1019 м−3 с током плазмы яп = 45-60 кА и мощность нагрева, пом = 100 - 130 кВт и, пРФ = 100 кВт. Типичная длительность импульса составляла, Δt = 5-15 мс и время удержания энергии, τE = 3-5 мс.
Institut für Plasmaforschung (1982–2000)
В 1982 году WEGA переехала из Гренобля в Штутгартский университет в Германии. К сожалению, в Штутгарте кажется, что WEGA мало использовалась. За это время не так много информации, и очень трудно увидеть, какие результаты были получены за этот 18-летний период. Проблемы, похоже, заключаются в недостаточной мощности нагрева и охлаждения. Однако на IPF все же был установлен вакуумный сосуд стелларатора, и были выполнены некоторые из первых измерений поверхности магнитного потока.
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (2001–2013)
С 2000 по 2001 год WEGA переехала из Штутгарта в Грайфсвальд. На этом этапе в бывшем городе Восточной Германии был построен новый институт, призванный стимулировать экономический, научный и образовательный рост в регионе. MPIPP Greifswald был назначен для размещения нового модульного стелларатора W7-X. В то время как W7-X строился, WEGA стала машиной, где большая часть диагностических, нагревательных и управляющих работ для W7-X будет проверена и усовершенствована. Он также стал ценным инструментом в обучении и обучении будущих поколений ученых и инженеров в области термоядерного синтеза и плазмы. Фактически, хотя название было тем же, аббревиатура WEGA была изменена на «Wendelstein Experiment in Greifswald für Ausbildung», эксперимент Wendelstein в Грайфсвальде для обучения.
Системы магнитных катушек WEGA управлялись через комплекты трансформаторов и выпрямителей, что позволяло работать в установившемся режиме. Это сделало WEGA уникальным среди малых тороидальных термоядерных устройств, которые обычно работают в импульсном режиме, и только большие устройства, такие как LHD и W7-X, обладают такой устойчивостью. Некоторые из достижений WEGA включают разработку схемы нагрева OXB, которая позволяет нагревать ЭЦРН выше предельной плотности для электронов в плазме. Это позволило достичь плотности почти в 100 раз выше. Система управления W7-X была протестирована на WEGA и продемонстрировала возможность измерения параметров плазмы и управления машиной в реальном времени. Было продемонстрировано, что, несмотря на то, что он является стелларатором, плазменный ток может управляться посредством микроволнового нагрева плазмы.
В 2013 году были проведены последние эксперименты, и WEGA постепенно выводилась из эксплуатации, так как операции для W7-X начали наращиваться. WEGA либо собирался сдать на слом, либо, если была найдена подходящая исследовательская группа, была бы передана в дар.
Центр взаимодействия плазменных материалов (2014 – настоящее время)
С началом эксплуатации W7-X в 2014 году, пространство, занимаемое WEGA и ее энергосистемами, заняло столь необходимую недвижимость для системы рассеивания Томпсона и системы впрыска криогенных гранул. Во время конференции SOFE 2013 г. Дэниел Андручик, бывший постдок по WEGA, встретился с некоторыми бывшими коллегами, и было высказано предположение, что Университет Иллинойса потенциально может перенести WEGA в США. После года переговоров между директором Центра взаимодействия плазменных материалов Давидом Рузичем, Университетом и IPP были выделены средства для этого. Андруччика пригласили возглавить проект по демонтажу и доставке WEGA в кампус Урбана-Шампейн в Иллинойсе. По прибытии машина была переименована в Hybrid Illinois Device for Research and Applications. Гибридная часть заключается в том, что в нем все еще есть возможности токамака, а не только стеллараторные.
Осенью 2014 года потребовалось почти 8 недель для демонтажа устройства в Германии, которое было упаковано и отправлено компанией Rhenus в США в октябре. К началу 4 ноября транспортные контейнеры с термоядерным устройством прибыли на грузовике-платформе в Университет Иллинойса в Центр взаимодействия плазменных материалов. Помимо персонала лабораторий, университеты и отдел обслуживания оборудования принимали активное участие в разгрузке, перемещении и сборке более крупных и тяжелых компонентов. Строительство началось всерьез с установки трансформаторов и выпрямителей для спиральных и тороидальных магнитных катушек. После того, как они были установлены, основание было принесено, и в течение следующих десяти дней были установлены ярмы, центральная стойка, полуторы и катушки вертикального поля.
После этого потребовалось еще 18 месяцев, чтобы собрать и подключить все остальное. Трансформатор на 20 кВ, необходимый для работы катушек, был произведен компанией Cooper Electronics, а переключающий механизм для его включения был предоставлен компанией G&W. Quad-Plus был привлечен для ввода в эксплуатацию выпрямителей, позволяющих формировать поле устройства. В это время были привезены и установлены резервуары водяного охлаждения, а монтажники университетов построили систему охлаждения для машины и установили водяной насос. Система управления была написана старшекурсниками и аспирантами и позволяет управлять машиной с одного компьютера с помощью программы LabView. Он также отправляет триггерные сигналы, необходимые для запуска различных систем сбора данных и диагностики.
Текущее состояние
В апреле 2016 года HIDRA представила свою первую плазму, простой тлеющий плазменный разряд, во время дней открытых дверей в отделах ядерной, плазменной и радиологической инженерии. Около 100 высокопоставленных лиц и гостей, включая главу отдела и декана инженерного отдела, команда HIDRA смогла продемонстрировать, что все рабочие компоненты устройства мы установили и запустили, и что операции можно было начать.
Первым набором данных была характеристика линий магнитного потока на машине. В нем использовался собственный метод электронного луча и флуоресцентного стержня, который был первоначально разработан на WEGA для W7-X, чтобы увидеть, как будет выглядеть форма магнитного поля и, следовательно, форма плазмы. Луч будет сканироваться по малому радиусу вакуумного сосуда, и стержень будет проходить через сосуд. Где бы ни попадал электронный луч на стержень, он загорался. Чувствительная астрономическая камера использовалась для изображения поверхностей потока и сравнения их с кодом трассировки лучей, чтобы убедиться в достоверности плазмы и любых имеющихся полях ошибок. Некоторое количество газа также можно было пустить, чтобы визуально увидеть сами электронные пучки.
Магнетронная плазма