Stellarators são mais legais que tokamaks

... aos olhos da mídia. Depois de um artigo no ScienceMag sobre Wendelstein 7-X, ficou difícil vencê-lo - em todos os ferro havia um estilista alemão na moda. Bem, parece, é claro, no espaço.


Foto Wendelstein 7-X de Christian Lunig, mas aqui estão as fotos dele no canteiro de obras do ITER. E aqui está minha pequena seleção de fotos W 7-X

Mas poucas pessoas percebem que essa instalação estará muito longe das conquistas dos tokamaks dos anos 90, para não mencionar o potencial do ITER, em termos de parâmetros de plasma. Como você sabe, para uma reação termonuclear, o produto triplo é importante - a concentração na temperatura durante o tempo de retenção (ou seja, a taxa de vazamento de calor) é n * T * tau. Os stellarators têm valores baixos de tau e T em concentrações razoavelmente boas - especificamente, estamos falando de n = 10 ^ 20 partículas por metro cúbico, T = 4 kEv, Tau - 1 segundo. Para comparação, o ITER é 2 * 10 ^ 20, 15 kev, tau = 10 ... 30 segundos. A complexa configuração do plasma dos stellarators piora seu isolamento térmico, e essa é a primeira preocupação de todos os desenvolvedores de reatores termonucleares.


Modos operacionais planejados do stellarator alemão. Megawatts aqui são a potência de aquecimento que determina os modos de operação.

Como resultado, no primeiro estágio da operação, até 2019, o W 7-x será comparável aos tokamaks dos anos 80, apenas ele manterá o plasma por muito mais tempo. Mesmo que esse estelar tenha sido projetado para funcionar com trítio, a potência de reação do termômetro não subiria acima de um megawatt, o que é notavelmente menor do que os parâmetros alcançados nos tokamaks JET (onde a potência de reação termonuclear era 70% da potência de aquecimento) e JT-60U (onde energia termonuclear teórica seria 110% do aquecimento). Deixe-me lembrá-lo que, para o ITER, está planejado um excesso de pelo menos 10 vezes Pfus sobre Pth.
Configuração e disposição plasmática de ilhotas de desvio em um stellarator alemão

A propósito, um dos aspectos desagradáveis ​​do isolamento térmico inadequado de um plasma de configuração complexa, que os estelacionadores precisam trabalhar, é o superaquecimento da estrutura. Desde a década de 70, os reatores de fusão usam o conceito de um desvio - um dispositivo para o qual parte do plasma é desviada, resfriada e sugada por bombas - para manter sua pureza e a dissipação de calor canalizada. Portanto, para esteladores, mesmo em uma escala relativamente pequena como a W 7-X, muita energia flui para o desvio, e o suprimento de resfriamento é um problema de engenharia muito difícil. No momento, a duração do Wendelstein 7-X é determinada precisamente pelo divertidor não refrigerado - ele não suporta mais de 10 segundos. Verifique se o resfriamento está planejado para a próxima atualização.



Roteamento de cabos e tubos por elementos do stellarator

Então, o que está levando os cientistas a investir no conceito de stellators (e o aparelho alemão custa aos contribuintes na Europa 1,1 bilhão de euros)? Primeiro, o fato de que, em alguns aspectos, os stellarators estão mais próximos dos reatores industriais do que os tokamaks. O principal é a possibilidade de operação contínua sem dificuldades. Hoje, tokamaks de altos parâmetros só podem funcionar no modo indutivo, que é fundamentalmente pulsado. O desenvolvimento de tokamaks permanentes é a tarefa do futuro. Outra vantagem dos stellarators pode ser chamada de falta prática de quebra de plasma, eventos que afetam extremamente o design dos elementos do tokamak. E, finalmente, parece-me, seguro de risco de que a confusão com tokamaks terminará em nada (o que, em geral, pode ser esperado tentando imaginar a operação do ITER como usinas de energia).

Bem, provavelmente, antes do final do ano, veremos os primeiros lançamentos de plasma do monstro stellarator alemão e desejaremos boa sorte nessa direção.

Source: https://habr.com/ru/post/pt386399/