Stellaratoren sind cooler als Tokamaks

... in den Augen der Medien. Nach einem Artikel in ScienceMag über Wendelstein 7-X wurde es schwierig, ihn zu verprügeln - in jedem Eisen gab es einen modischen deutschen Stellarator. Nun, es sieht natürlich im Weltraum aus.


Foto Wendelstein 7-X von Christian Lunig, aber hier sind seine Fotos von der ITER-Baustelle. Und hier ist meine kleine Auswahl an Fotos W 7-X

Nur wenige Menschen wissen jedoch, dass diese Installation sehr weit von den Errungenschaften der Tokamaks der 90er Jahre entfernt sein wird, ganz zu schweigen vom Potenzial von ITER in Bezug auf die Plasmaparameter. Wie Sie wissen, ist für eine thermonukleare Reaktion das Dreifachprodukt wichtig - die Konzentration auf die Temperatur für die Retentionszeit (d. H. Die Rate der Wärmeleckage) beträgt n * T * tau. Stellaratoren haben schlechte Tau- und T-Werte bei ziemlich guten Konzentrationen - insbesondere sprechen wir von n = 10 ^ 20 Partikeln pro Kubikmeter, T = 4 kEv, Tau - 1 Sekunde. Zum Vergleich beträgt ITER 2 * 10 ^ 20, 15 kev, tau = 10 ... 30 Sekunden. Die komplexe Konfiguration des Plasmas von Stellaratoren verschlechtert seine Wärmeisolierung, und dies ist das erste Anliegen aller Entwickler von Kernreaktoren.


Geplante Betriebsarten des deutschen Stellarators. Megawatt sind hier die Heizleistung, die die Betriebsarten bestimmt.

Infolgedessen wird der W 7-x in der ersten Betriebsphase bis 2019 mit den Tokamaks der 80er Jahre vergleichbar sein, nur dass er das Plasma viel, viel länger hält. Selbst wenn dieser Stellarator für die Arbeit mit Tritium ausgelegt wäre, würde die Reaktionsleistung des Thermoders nicht über ein Megawatt steigen, was deutlich unter den Parametern liegt, die mit JET-Tokamaks (bei denen die thermonukleare Reaktionsleistung 70% der Heizleistung betrug) und JT-60U (wo) erreicht wurden Die theoretische Kernkraft würde 110% der Erwärmung betragen. Ich möchte Sie daran erinnern, dass für ITER mindestens ein 10-facher Überschuss an Pfus gegenüber Pth geplant ist.
Plasmakonfiguration und Anordnung von Divertorinseln in einem deutschen Stellarator

Übrigens ist einer der unangenehmen Aspekte einer schlechten Wärmeisolierung eines Plasmas komplexer Konfiguration, die Stellaratoren zum Arbeiten benötigen, die Überhitzung der Struktur. Seit den 70er Jahren verwenden Fusionsreaktoren das Konzept eines Divertors - ein Gerät, zu dem ein Teil des Plasmas von Pumpen umgeleitet, gekühlt und abgesaugt wird -, damit seine Reinheit erhalten bleibt und die Wärmeableitung kanalisiert wird. Für Stellaratoren selbst in einem relativ kleinen Maßstab wie dem W 7-X fließt zu viel Energie zum Divertor, und die Kühlung ist ein sehr schwieriges technisches Problem. Momentan wird die Dauer des Wendelstein 7-X genau vom ungekühlten Divertor bestimmt - er hält nicht länger als 10 Sekunden aus. Stellen Sie sicher, dass die Kühlung für das nächste Upgrade geplant ist.



Kabel- und Rohrführung durch Stellaratorelemente

Was treibt Wissenschaftler dazu, in das Konzept der Stellatoren zu investieren (und der deutsche Apparat kostet die Steuerzahler in Europa 1,1 Milliarden Euro)? Erstens die Tatsache, dass Stellaratoren in einigen Aspekten näher an Industriereaktoren sind als Tokamaks. Hauptsache ist die Möglichkeit eines kontinuierlichen Betriebs ohne Schwierigkeiten. Heute können Tokamaks mit hohen Parametern nur im induktiven Modus arbeiten, der grundsätzlich gepulst ist. Die Entwicklung permanenter Tokamaks ist die Aufgabe der Zukunft. Ein weiterer Vorteil von Stellaratoren kann als das praktische Fehlen von Plasmaausfällen bezeichnet werden, Ereignisse, die das Design von Tokamak-Elementen extrem stark beeinflussen. Und schließlich scheint es mir eine Risikoversicherung zu sein, dass die Aufregung mit Tokamaks zu nichts führen wird (was im Allgemeinen zu erwarten ist, wenn man versucht, sich den Betrieb von ITER als Kraftwerke vorzustellen ).

Nun, höchstwahrscheinlich werden wir noch vor Jahresende die ersten Plasma-Starts des deutschen Stellarator-Monsters sehen und wünschen viel Glück in diese Richtung.

Source: https://habr.com/ru/post/de386399/