Tokamaks라는 반죽 넛 모양의 장치가 오랫동안 지배하는 퓨전 에너지에 대한 검색이 형상 이동을 겪으려고합니까? 프랑스 남부의 언덕에서 세계 최대의 토카락 (Tokamak)과 가장 비싼 수백만 달러의 반복과 마찬가지로 트위터 기하학이있는 훨씬 작은 테스트 베드는 독일에서 최대의 힘을 얻기 시작할 것입니다.
.별표라고하는 16 미터 넓은 장치가 비슷한 크기의 토카량을 일치 시키거나 성능 할 수 있다면 Fusion 과학자들이 해당 분야의 미래를 다시 생각할 수 있습니다. 스텔라 레이터는 핵을 융합시키고 에너지를 방출하기에 충분히 안정적으로 함유 된 우울한 수퍼 호트 가스를 유지하는 자연적인 능력을 포함하여 몇 가지 주요 이점이 있습니다. 미래의 퓨전 발전소에 더 중요한 것은 이론적으로 달리고 달리기를 할 수있는 반면, Tokamaks는 주기적으로 자석 코일을 재설정해야합니다.
.몇 초 만에 Wendelstein 7-X (W7-X)라고 불리는 10 억 유로의 독일 기계는 이미“Tokamak와 같은 성능”을 받고 있다고 Plasma Physicist David Gates는 입자를 방지하고 슈퍼 히트 가스를 벗어나는 것을 방지하는 데 능숙하다고 말합니다. W7-X가 장기 달리기를 달성 할 수 있다면“이것은 분명히 선두에 올 것이다”라고 그는 말했다. "그 곳은 별자리가 빛납니다." 아인트호벤 (Aindhoven University of Technology)의 이론가 Josefine Proll은 똑같이 열정적입니다. 고무적인 전망은 Gates가 현재 Princeton Plasma Physics Laboratory를 떠나 자신의 별을 개발하는 것을 포함하여 스타트 업 회사의 클러치를 고무시키고 있습니다.
W7-X는 2015 년부터 독일 Greifswald의 Max Planck Plasma Physics (IPP)에서 운영되고 있지만 상대적으로 낮은 전력 수준과 짧은 달리기에서만 운영되었습니다. 지난 3 년 동안 W7-X 제작자들은 그것을 제거하고 모든 내부 벽과 피팅을 수냉식 버전으로 교체하여 훨씬 더 길고 더 뜨거운 달리기를 열었습니다. 지난 주 W7-X 이사회 회의에서 팀은 개조 된 혈장 선박에 누출이없고 갈 준비가되었다고보고했다. 이달 말에 다시 시작하여 미래의 장치에서 퓨전을 점화시킬 조건에 대한 혈장을 실제로 얻을 수 있는지 여부를 보여줄 것으로 예상됩니다.
별자리와 토카락은 모두 섭씨 1 억 회 이상의 가스에 대한 자기 케이지를 생성하므로 뜨거운 금속 용기를 녹일 것입니다. 가열은 전자 레인지 또는 고 에너지 입자 빔에 의해 제공됩니다. 외설적 인 온도는 혈장 (분리 된 핵과 전자의 호두링 혼합)을 생성하고 핵이 융합하여 에너지를 방출하는 힘과 함께 슬램을 만듭니다. 융합 발전소는 수소 동위 원소 중완과 삼중습의 혼합으로 연료를 공급할 것이며, 이는 가장 쉽게 반응합니다. 에너지를 생성하려고하지 않는 W7-X와 같은 연구 기계는 방사성 삼중습을 피하고 더 안전하고 풍부한 수소 또는 중수소를 고수합니다.
플라즈마-변형 자기장을 만들기 위해 Tokamaks 및 stellarators는 용기 주위와 중앙 구멍을 통해 반복되는 전자기 코일을 사용합니다. 그러나 그러한 필드는 외부 가장자리보다 구멍에 가까워서 혈장이 원자로 벽으로 표류하게됩니다.
Tokamaks는 링 주위의 혈장 흐름을 만들어 드리프트를 길들입니다. 그 스트리밍은 또 다른 자기장을 생성하여 사탕 지팡이처럼 이온화 된 가스를 비틀어 안정화시킵니다. 스텔라 레이터는 플라즈마를 스트리밍하는 대신 이상한 모양의 자기 코일을 사용하여 트위스트를 생성합니다. Tokamak 계획은 혈장을 제자리에 고정시키는 데 더 성공적인 것으로 입증되었지만, 혈장 물리학자가 슈퍼 컴퓨터를 충분히 강력하게 만들면, 구속력을 향상시키기 위해 슈퍼 컴퓨터의 복잡한 형상을 조정할 수 있습니다.
.W7-X는 최초의 크고 최적화 된 별표이며 각각 6 톤의 기괴하게 꼬인 초전도 코일을 포함합니다. 1990 년대 중반에 시작된 건설은 구불 구불 한 것으로, 10 년 늦게 완료되었으며 원래 예산이 약 5 억 5 천만 유로의 거의 두 배가되었습니다.
.대기에도 불구하고 연구원들은 실망하지 않았습니다. W7-X 이사 인 Thomas Klinger는“이 기계는 즉시 작동했습니다. “매우 쉬운 기계입니다. [그것은 우리가 한 말을 한 일을했습니다.” 이것은 예측할 수없는 방식으로 혈장이 벌어 지거나 흔들리는 "불안정성"이 발생하기 쉬운 Tokamaks와 대조적입니다. IPP 이론가 Sophia Henneberg.
초기 성상에서, 자기장의 형상은 다른 입자와 충돌하여 플라즈마에서 녹아웃되어 에너지를 침출 할 때까지 바나나 모양의 궤도를 따라 약간 느린 움직이는 입자가 발생했습니다. Gates는 W7-X의 그 효과를 억제하는 능력은“최적화가 예상대로 작동했다”는 것을 의미한다고 Gates는 말합니다.
이 아킬레스 힐이 제거되면 W7-X는 대부분 다른 형태의 난기류를 통해 열을 잃습니다. 난기류를 시뮬레이션하는 데는 심각한 컴퓨팅 능력이 필요하며, 이론가들은 최근에만 처리했습니다. W7-X의 다가오는 캠페인은 시뮬레이션과 난기류에 맞서기위한 테스트 방법을 검증해야합니다.
이 캠페인은 또한 토카량의 펄스 작업과 달리 지속적으로 실행할 수있는 별의 능력을 보여 주어야합니다. W7-X는 이미 Tokamak 표준에 의한 100 초 동안 작동했지만 상대적으로 낮은 전력으로 운영되었습니다. 구성 요소는 냉각되지 않았을뿐만 아니라 장치의 마이크로파 및 입자 가열 시스템은 11.5 메가 와트의 전력 만 전달할 수있었습니다. 업그레이드는 난방력을 60%늘립니다. 고온, 높은 혈장 밀도 및 장기 실행에서 W7-X를 실행하는 것은 융합 전력을 생성 할 수있는 스텔라 레이터의 잠재력에 대한 실제 테스트가 될 것입니다. Klinger는 초기 목표는 이온 온도를 섭씨 100 초 동안 최대 5 천만도까지 얻는 것이라고 말합니다. 그는 W7-X를“세계의 주요 기계들 중 하나”에 넣을 것이라고 말했다. 그런 다음 팀은 최대 30 분 더 오래 밀어냅니다. "우리는 미지의 영토를 탐험하면서 단계별로 갈 것입니다."라고 그는 말합니다.
W7-X의 업적으로 인해 벤처 자본가들은 상업용 전력 생산 별을 개발하는 몇몇 스타트 업을 뒷받침했습니다. 신생 기업의 첫 번째 우선 순위 :자석을 만드는 더 간단한 방법을 찾으십시오.
올해 게이츠와 동료들이 설립 한 프린스턴 스텔라 레이터 (Princeton Stellarators)는 3 백만 달러를 확보했으며 W7-X의 꼬인 자석 코일을 잊을 수있는 데모 원자로를 구축하고자합니다. 대신, 그것은 혈장 용기의 외부 표면에 고온 초전도체 (HT)로 만든 약 1000 개의 작은 사각형 코일의 모자이크에 의존 할 것입니다. 각 코일에 의해 생성 된 자기장을 변경함으로써, 연산자는 적용된 필드의 모양을 마음대로 변경할 수 있습니다. Gates는“코일에서 복잡성을 취해 제어 시스템에 넣습니다. 이 회사는 처음에는 저렴하고 풍부한 중수소를 융합하여 전력이 아니라 방사성 동위 원소 제조를위한 중성자를 생성하는 원자로를 개발하기를 희망합니다. 성공하면 회사는 전력 생산 원자로를 목표로합니다.
프랑스 그레노블에 본사를 둔 르네상스 퓨전 (Renaissance Fusion)은 1,600 만 유로를 모금했으며 혈장 용기 세그먼트를 다층 HT로 코팅하여 균일 한 코팅을 형성 할 계획이다. 그런 다음 레이저를 사용하여 엔지니어는 초전도체 내의 트랙을 태워 자석 코일의 비틀림 패턴을 에칭합니다. 그들은 향후 2 년 동안 미터 길이의 테스트 부문과 2027 년까지 전체 프로토 타입을 만드는 것을 목표로합니다.
위스콘신 주 매디슨에있는 세 번째 회사 인 Type One Energy는 스텔라 레이터 자석에 사용하기에 충분한 벤드가있는 HTS 케이블을 개발하기 위해 미국 에너지 부서 자금을 수상했습니다. 이 회사는 컴퓨터 제어 에칭 머신으로 금속 조각을 조각하여 케이블이 코일로 전환하기 위해 상처를 입히는 트위스트 채널을 조각 할 것입니다. 매디슨 위스콘신 대학교 (University of Wisconsin)의 공동 창립자 인 데이비드 앤더슨 (David Anderson)은“고급 제조 기술은 스타터의 문을 열어줍니다.
앤더슨은 W7-X 운영의 다음 단계는 별자리 노력의 붐을 가속화 할 것이라고 말했다. "30 분의 분만으로, 당신은 본질적으로 꾸준한 상태입니다."라고 그는 말합니다. "이것은 큰 문제입니다."
