Amerikanische Wissenschaftler führten eine neue Art von sphärischem Tokamak ein

Nationales sphärisches Torus-Experiment (NSTX-U) (Foto: PPPL Office)

Das Plasma-Physik-Labor der Princeton University arbeitet derzeit an einem neuen Design für Fusionsreaktoren. Wissenschaftler nennen ihren Reaktor "einen Stern in einer Bank". Darüber hinaus ist das Design der "Banken" sehr wichtig. Der Wirkungsgrad des Reaktors hängt von seiner Form und einer Reihe anderer Parameter ab.

Typischerweise ist das zentrale Element des Tokamaks wie ein Donut. Das neue Design des Reaktors des National Spherical Torus Experiment (NSTX-U) ähnelt eher einem Apfel. Bisher sind NSTX-U in den USA und MAST in Großbritannien die fortschrittlichsten sphärischen Tokamaks der Welt. Laut den Entwicklern ermöglicht ein kugelförmiger Tokamak eine Kernfusionsreaktion zu viel geringeren Energiekosten als im Fall von traditionellem Tokamak.

Tatsache ist, dass die Größe des Lochs in der Mitte des Tokamaks, in dem das Plasma gebildet und in kugelförmigen thermonuklearen Reaktoren gehalten wird, halb so groß sein kann wie die eines ähnlichen Lochs in einem herkömmlichen Reaktor. In einem kugelförmigen Reaktor wird Hochdruckplasma in einem relativ schwachen Magnetfeld gebildet, dessen Erzeugung viel weniger Energie erfordert als in einem Standardanalogon erforderlich.

Tokamak (Toroidkammer mit Magnetspulen) - Installation zur Einschließung von Magnetplasma, um die Bedingungen zu erreichen, die für den Verlauf einer kontrollierten Kernfusion erforderlich sind. Plasma in einem Tokamak wird nicht von den Wänden der Kammer gehaltendie nicht in der Lage sind, der für thermonukleare Reaktionen erforderlichen Temperatur standzuhalten, und durch ein speziell erzeugtes kombiniertes Magnetfeld - ein toroidales äußeres und poloidales Stromfeld, das durch das Plasmakabel fließt. Im Vergleich zu anderen Installationen, bei denen ein Magnetfeld zum Halten des Plasmas verwendet wird, ist die Verwendung von elektrischem Strom das Hauptmerkmal des Tokamaks. Der Strom im Plasma sorgt für die Erwärmung des Plasmas und die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts des Plasmakabels in der Vakuumkammer. Insbesondere dieser Tokamak unterscheidet sich vom Stellarator , einem der alternativen Einschlussschemata, bei denen sowohl das toroidale als auch das poloidale Feld unter Verwendung externer Magnetspulen erzeugt werden.


Quelle: econet.ru

Wissenschaftler haben Informationen über ihr Projekt in einer maßgeblichen wissenschaftlichen Publikation veröffentlichtDie Fusion über Nuclear . Bisher ist es laut Experten noch zu früh, um über die Schaffung eines Reaktors in voller Größe zu sprechen, der für kommerzielle Zwecke verwendet werden kann. Dies sind nur Modelle eines echten Fusionsreaktors. In einem solchen Modell kann jedoch bereits die erste Energie erhalten werden.

NSTX-U testet Materialien, die als Strukturelemente für einen Fusionsreaktor geeignet sind. Es ist möglich, dass in einem Reaktor eines neuen Designs eine bereits autarke Fusionsreaktion erhalten werden kann. Der NSTX-U-Tokamak wird Tritium produzieren, das auch Kraftstoff ist. Zunächst eine bestimmte Menge an Anfangskraftstoff (Deuterium ( ² H) und Tritium ( ³⁾H)). Wie die Wissenschaftler hoffen, kann der Reaktor für jedes verbrauchte Tritiumatom ein Atom desselben Wasserstoffisotops synthetisieren.

Das spezielle Design des Tokamaks liefert ein Magnetfeld mit einer speziellen Konfiguration. Dies vermeidet wiederum die negativen Folgen einer zu hohen Temperatur im Reaktor. Die verschiedenen Elemente des Tokamaks können unabhängig voneinander zur Wartung oder Reparatur entfernt werden. Technische Arbeiten werden mit Robotern aus der Ferne durchgeführt.

Supraleitende Ringe ersetzen Kupfer in einer neuen Art von Tokamak. Ein solcher Ersatz hat sowohl positive als auch negative Auswirkungen. Ein positiver Punkt ist die Reduzierung der Energiekosten. Negativ - zusätzlicher Schutz der supraleitenden Ringe vor Temperatur und Strahlung ist erforderlich. Aus diesem Grund müssen Sie die Installation geringfügig vergrößern. Dank der neuen Hochtemperaturleiter kann die Stromdichte in ihnen erhöht werden. Dies bedeutet, dass der Querschnitt der Magnete für einen sphärischen Tokamak verringert wird. In der mittleren Spalte kann eine Decke platziert werden, die für die "Reproduktion" von Tritium verantwortlich ist. Amerikanische Experten sagen, dass jetzt der Reproduktionskoeffizient von Tritium auf 1,04-1,1 gebracht wird.


Gewöhnlicher Donut-förmiger Tokamak (Abbildung: Wikimedia)

„NSTX-U und MAST-U werden den aktuellen Horizont in der Physik erweitern, neue Informationen zu Hochtemperaturplasma liefern und die Zeit kommerzieller Installationen näher bringen“, sagt Projektmanager Stewart Prager. Er behauptet auch, dass im MAST-Reaktor die Produktion von Hochtemperaturplasma mit hoher Dichte ohne Probleme und negative Aspekte für die Installation selbst stattfinden wird. Diese beiden Tokamaks sind die Prototypen der Fusion Fusion Nuclear Science Facility, die in 15 Jahren gebaut werden soll.

„Der Hauptgrund für die Suche nach einem neuen Tokamak-Design ist die Hoffnung auf eine Kernfusionsreaktion mit weniger Ressourcen als bei einem Standard-Tokamak“, sagt einer der Projektteilnehmer. Es kann durchaus sein, dass kugelförmige Tokamaks die Vorläufer vollständiger Installationen sind, die der Menschheit eine unerschöpfliche Energiequelle geben. Vielleicht ist die Zeit, in der der "Stern in der Bank" beginnt, der Menschheit Energie zu geben, bereits nahe.

Source: https://habr.com/ru/post/de397057/