WikiDer > Национальный эксперимент со сферическим тором

National Spherical Torus Experiment
NSTX
Национальный эксперимент со сферическим тором
NSTX.jpg
NSTX в 2009 году
Тип устройстваСферический токамак
РасположениеПринстон, Нью-Джерси, НАС
ПринадлежностьПринстонская лаборатория физики плазмы
Технические характеристики
Большой радиус0,85 м (2 фута 9 дюймов)
Малый радиус0,68 м (2 фута 3 дюйма)
Магнитное поле0,3 т (3000 г)
Мощность нагрева11 МВт
Плазменный ток1.4 MA
История
Год (ы) эксплуатации1999-настоящее время
ПредшествуетТермоядерный испытательный реактор Токамак (TFTR)
Ссылки
Интернет сайтОфициальный сайт NSTX-U
Чертеж САПР NSTX

В Национальный эксперимент со сферическим тором (NSTX) это магнитный синтез устройство на основе сферический токамак концепция. Он был построен Принстонская лаборатория физики плазмы (PPPL) в сотрудничестве с Национальная лаборатория Окриджа, Колумбийский университет, а Вашингтонский университет в Сиэтле. Он был введен в эксплуатацию в 1999 году. В 2012 году он был остановлен в рамках программы модернизации и стал NSTX-U, для обновления.

Сферический токамак (ST) является ответвлением обычного токамак дизайн. Сторонники утверждают, что у него есть ряд практических преимуществ перед этими устройствами, некоторые из которых существенные. По этой причине ST вызвал значительный интерес с момента его предложения в конце 1980-х годов. Тем не менее, разработка остается на одно поколение позади основных усилий, таких как JET. Другие крупные эксперименты в этой области включают новаторские НАЧНИТЕ и МАЧТА в Culham в Великобритании.

NSTX изучает физические принципы плазмы сферической формы - горячих ионизированных газов, в которых ядерный синтез будет происходить при соответствующих условиях температуры и плотности, которые возникают при удержании в магнитном поле.

История

1999–2012

Первый плазма был получен на NSTX в пятницу, 12 февраля 1999 г., в 18:06.

В экспериментах по магнитному синтезу используется плазма, состоящая из одного или нескольких атомов водорода. изотопы. Например, в 1994 г. испытательный реактор Tokamak Fusion Test Reactor (TFTR) произвел мировой рекорд мощности термоядерного синтеза 10,7 мегаватт из плазмы, состоящей из равных частей дейтерий и тритий, топливная смесь, которая, вероятно, будет использоваться в коммерческих термоядерных энергетических реакторах. NSTX был экспериментом "доказательство принципа" и поэтому использовал только дейтериевую плазму. В случае успеха за ним должны были последовать аналогичные устройства, в конечном итоге включая демонстрационный энергетический реактор (например, ИТЭР), сжигание дейтерий-тритиевого топлива.

NSTX произвел сферическую плазму с отверстием в центре (профиль «яблоко с сердцевиной»; см. МАЧТА), отличную от пончиковой (тороидальной) плазмы обычных токамаки. Низкое соотношение сторон А (то есть р/а 1,31, с большим радиусом р 0,85 м и малый радиус а 0,65 м) экспериментальное устройство NSTX имело несколько преимуществ, включая стабильность плазмы за счет улучшенного удержания. Проблемы проектирования включают катушки тороидального и полоидального поля, вакуумные сосуды и плазменные компоненты. Эта плазменная конфигурация может удерживать плазму более высокого давления, чем токамак-бублик с высоким аспектным отношением для данной напряженности ограничивающего магнитного поля. Поскольку количество произведенной термоядерной энергии пропорционально квадрату давления плазмы, использование плазмы сферической формы могло бы позволить разработку меньших, более экономичных и более стабильных термоядерных реакторов. Привлекательность NSTX может быть еще больше увеличена за счет его способности улавливать высокий электрический ток "начальной загрузки". Этот самоуправляемый внутренний плазменный ток снизил бы требования к мощности внешних плазменных токов, необходимых для нагрева и удержания плазмы.

Обновление 2012–2015 гг.

Вакуумный сосуд во время апгрейда

94 миллиона долларов[1] NSTX-U (обновление)[2] был завершен в 2015 году. Он удваивает тороидальное поле (до 1 тесла), ток плазмы (до 2 мА) и мощность нагрева. Это увеличивает длительность импульса в пять раз.[3] Для этого центральный стек (CS) соленоид был расширен,[4], и были добавлены катушка OH, внутренние полоидальные катушки и вторая линия пучка нейтральных ионов.[5]

Проблема полоидальной катушки 2016 и Recovery 2016–2021 +

NSTX-U (обновление) было остановлено в конце 2016 года сразу после его обновления из-за отказа одной его полоидальной катушки.[5] NSTX был отключен с 2012 года и вернулся только на 10 недель в конце 2016 года сразу после обновления. Причина этого отказа частично объясняется несоответствием требованиям обмотки из охлажденной меди, изготовление которой осуществлялось субподрядчиком. После этапа диагностики, требующего полного демонтажа реактора и змеевиков, оценки конструкции и изменения конструкции основных компонентов, включая шесть внутренних полоидальных змеевиков,[5][6] План перезапуска принят в марте 2018 года. Повторная активация реактора не планируется до конца 2020 года.[7] Согласно недавней информации от представителей PPPL, план восстановления NSTX-U будет завершен летом 2021 года.[8]

использованная литература

  1. ^ "Пресс-кит NSTX-U". Принстонская лаборатория физики плазмы.
  2. ^ Схема изменений NSTX-U
  3. ^ Роль сферического токамака в программе США по наукам о термоядерной энергии Менар, 2012
  4. ^ «PPPL запускает крупную модернизацию ключевой испытательной установки термоядерной энергии». Принстонская лаборатория физики плазмы. Январь 2012 г.
  5. ^ а б c "ОБЗОР ФИЗИКИ И ИНЖЕНЕРНОГО ДИЗАЙНА ПРОЕКТА ВОССТАНОВЛЕНИЯ NSTX-U" (PDF). С. П. Герхардт и др.
  6. ^ «План восстановления NSTX-U: ФОРМА УВЕДОМЛЕНИЯ ОБ ОЦЕНКЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ» (PDF). Проект восстановления NSTX-U. Август 2017 г. 65000000 долларов ... * Модернизация и замена катушек внутреннего полоидального поля (PF): шесть магнитных катушек PF-I будут заменены новыми катушками или улучшенной конструкцией: они будут без оправки, без выступов и без паяных соединений. * Редизайн и замена полярных областей NSTX-U: верх и низ устройства NSTX-U будут переработаны с многочисленными улучшениями дизайна. Все одинарные кольцевые уплотнения будут заменены двойными кольцевыми уплотнениями или металлической конструкцией, вакуумный интерфейс PF-1c будет сделан более надежным, будет исключен один из верхних или нижних керамических изоляторов, а катушка PF-lb опоры будут термически изолированы от сосуда. * Редизайн и замена компонентов, обращенных к плазме.
  7. ^ "[1-й] Обзор планов восстановления NSTX-U отмечает прогресс и описывает проблемы" (PDF). Принстонская лаборатория физики плазмы. 12 фев 2018.
  8. ^ ChoFeb. 6, Адриан; 2020; Ут, 8:00 (06.02.2020). "После десятилетий упадка национальная лаборатория термоядерного синтеза США стремится к возрождению". Наука | AAAS. Получено 2020-02-07.CS1 maint: числовые имена: список авторов (ссылка на сайт)

Источники

внешние ссылки