Los stellarators son más fríos que los tokamaks

... a los ojos de los medios de comunicación. Después de un artículo en ScienceMag sobre Wendelstein 7-X, se hizo difícil derrotarlo: en cada plancha había un stellarator alemán de moda. Bueno, se ve, por supuesto, en el espacio.


Foto Wendelstein 7-X de Christian Lunig, pero aquí están sus fotos del sitio de construcción de ITER. Y aquí está mi pequeña selección de fotos W 7-X

Pero pocas personas se dan cuenta de que esta instalación estará muy lejos de los logros de los tokamaks de los años 90, sin mencionar el potencial de ITER, en términos de parámetros de plasma. Como sabe, para una reacción termonuclear, el producto triple es importante: la concentración en la temperatura durante el tiempo de retención (es decir, la tasa de fuga de calor) es n * T * tau. Los estellaradores tienen valores bajos de tau y T a concentraciones bastante buenas, específicamente, estamos hablando de n = 10 ^ 20 partículas por metro cúbico, T = 4 kEv, Tau - 1 segundo. A modo de comparación, ITER es 2 * 10 ^ 20, 15 kev, tau = 10 ... 30 segundos. La configuración compleja del plasma de los estelladores empeora su aislamiento térmico, y esta es la primera preocupación de todos los desarrolladores de reactores termonucleares.


Modos de funcionamiento planificados del stellarator alemán. Los megavatios aquí son la potencia de calentamiento que determina los modos de funcionamiento.

Como resultado, en la primera etapa del trabajo, hasta 2019, el W 7-x será comparable a los tokamaks de los 80, solo que retendrá el plasma mucho, mucho más tiempo. Incluso si este estellarador fue diseñado para funcionar con tritio, la potencia de reacción del termoder no aumentaría por encima de un megavatio, que es notablemente menor que los parámetros alcanzados en los tokamaks JET (donde la potencia de reacción termonuclear era el 70% de la potencia de calentamiento) y JT-60U (donde la potencia termonuclear teórica sería el 110% del calentamiento). Permítame recordarle que para ITER, se planea al menos un exceso de 10 veces de Pfus sobre Pth.
Configuración de plasma y disposición de islotes de desviador en un stellarator alemán

Por cierto, uno de los aspectos desagradables del aislamiento térmico deficiente de un plasma de configuración compleja, que los estellaradores deben trabajar, es el sobrecalentamiento de la estructura. Desde los años 70, los reactores de fusión han estado utilizando el concepto de un desviador, un dispositivo hacia el cual parte del plasma es desviado, enfriado y aspirado por las bombas, por lo que se mantiene su pureza y se canaliza la disipación de calor. Por lo tanto, incluso para estellaradores de una escala relativamente pequeña como el W 7-X, fluye demasiada energía al desviador, y suministrarle refrigeración es un problema de ingeniería muy difícil. Por el momento, la duración del Wendelstein 7-X está determinada precisamente por el desviador no refrigerado; no soporta más de 10 segundos. Asegúrese de que su enfriamiento esté planeado para la próxima actualización.



Enrutamiento de cables y tubos por elementos estelares

Entonces, ¿qué está empujando a los científicos a invertir en el concepto de stellators (y el aparato alemán le costó a los contribuyentes en Europa 1.100 millones de euros)? En primer lugar, el hecho de que, en algunos aspectos, los stellarators están más cerca de los reactores industriales que los tokamaks. Lo principal es la posibilidad de un funcionamiento continuo sin ninguna dificultad. Hoy en día, los tokamaks de parámetros altos solo pueden funcionar en el modo inductivo, que es fundamentalmente pulsado. El desarrollo de tokamaks permanentes es la tarea del futuro. Otra ventaja de los estellaradores se puede llamar la falta práctica de descomposiciones de plasma, eventos que afectan extremadamente el diseño de los elementos tokamak. Y finalmente, me parece, un seguro de riesgo de que la lucha con tokamaks no termine en nada (lo que, en general, se puede esperar al tratar de imaginar la operación de ITER como plantas de energía).

Bueno, muy probablemente, antes de fin de año, veremos los primeros lanzamientos de plasma del monstruo stellarator alemán, y le deseamos buena suerte en esta dirección.

Source: https://habr.com/ru/post/es386399/