پلاسمای قدرتمند با گردش انرژی گیگاژول به مدت هشت دقیقه تولید شد

22 فوریه 2023 -توسط فرانک فلشنر، انجمن ماکس پلانک-سالن آزمایش با Wendelstein 7-X در گریفسوالد. تاسیسات همجوشی مدرن ترین و بزرگترین ستاره در جهان است. اعتبار: MPI für Plasmaphysik / Jan Hosan

پس از راه اندازی مجدد موفقیت آمیز در پاییز 2022، آزمایش همجوشی هسته ای گریفسوالد از یک هدف مهم پیشی گرفت. در سال 2023، گردش انرژی 1 گیگاژول مورد هدف قرار گرفت. اکنون محققان حتی به 1.3 گیگاژول و یک رکورد جدید برای زمان تخلیه در Wendelstein 7-X دست یافته‌اند: پلاسمای داغ را می‌توان برای هشت دقیقه حفظ کرد.

در طول کار تکمیل سه ساله که تابستان گذشته به پایان رسید، Wendelstein 7-X در درجه اول مجهز به خنک کننده آب برای عناصر دیوار و سیستم گرمایش ارتقا یافته بود. دومی اکنون می تواند دو برابر انرژی قبلی را به پلاسما متصل کند. از آن زمان، آزمایش همجوشی هسته ای را می توان در محدوده پارامترهای جدید اجرا کرد.

پروفسور دکتر توماس کلینگر، رئیس بخش حمل و نقل و دینامیک استلاراتور در مؤسسه ماکس پلانک برای فیزیک پلاسما (IPP) در گریفسوالد، توضیح داد: “ما اکنون در حال بررسی راه خود به سمت ارزش های انرژی بالاتر هستیم.” در انجام این کار، ما باید قدم به قدم پیش برویم تا بار اضافی و آسیبی به تاسیسات وارد نشود.

در 15 فوریه 2023، محققان به نقطه عطف جدیدی دست یافتند: برای اولین بار، آنها توانستند به گردش انرژی 1.3 گیگاژول در این دستگاه دست یابند. این 17 برابر بیشتر از بهترین مقدار بدست آمده قبل از تبدیل (75 مگاژول) بود. گردش انرژی حاصل از قدرت گرمایش جفت شده ضرب در مدت زمان تخلیه است. تنها در صورتی که بتوان مقادیر زیادی انرژی را به طور مداوم به پلاسما جفت کرد و گرمای حاصل را نیز حذف کرد، عملیات نیروگاه امکان پذیر است.

صفحات بافل دیورتور مخصوصاً مقاوم در برابر حرارت برای دفع بزرگترین جریان گرما در Wendelstein 7-X استفاده می شود. آنها بخشی از دیواره داخلی هستند که از زمان تکمیل دستگاه، اکنون توسط یک سیستم 6.8 کیلومتری لوله های آب خنک می شود. هیچ تاسیسات همجوشی دیگری در جهان در حال حاضر دارای چنین دیوار داخلی خنک‌شده نیست.

گرمایش پلاسما از سه جزء تشکیل شده است: گرمایش یونی تازه نصب شده، گرمایش با تزریق ذرات خنثی و گرمایش مایکروویو الکترونی. برای رکورد کنونی، سیستم گرمایش مایکروویو الکترونی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار بود، زیرا مقادیر زیادی توان را در بازه‌های چند دقیقه‌ای ارائه می‌دهد.

گردش انرژی 1.3 گیگاژول با میانگین قدرت گرمایش 2.7 مگاوات به دست آمد که در آن تخلیه 480 ثانیه به طول انجامید. این همچنین یک رکورد جدید برای Wendelstein 7-X و یکی از بهترین مقادیر در سراسر جهان است. قبل از اتمام کار، Wendelstein 7-X حداکثر زمان های پلاسمایی 100 ثانیه را با قدرت گرمایش بسیار کمتر به دست آورد.

طی چند سال، برنامه این است که گردش انرژی در Wendelstein 7-X به 18 گیگاژول افزایش یابد و پلاسما به مدت نیم ساعت ثابت بماند.

هدف از تحقیقات همجوشی ایجاد یک نیروگاه سازگار با آب و هوا و محیط زیست است. همانند خورشید، از همجوشی هسته های اتم انرژی تولید می کند. موسسه ماکس پلانک برای فیزیک پلاسما مسیر همجوشی مغناطیسی را دنبال می کند. از آنجایی که آتش همجوشی فقط در دمای بالای 100 میلیون درجه مشتعل می شود، سوخت – یک پلاسمای نازک هیدروژنی – نباید با دیواره های رگ مانند  سرد تماس پیدا کند.

توسط میدان های مغناطیسی نگه داشته می شود و تقریباً بدون تماس در داخل یک محفظه خلاء شناور می شود. قفس مغناطیسی Wendelstein 7-X توسط حلقه ای از 50 سیم پیچ مغناطیسی ابررسانا ایجاد شده است. این یک تاسیسات از نوع ستاره‌ای است که در آن اشکال خاص سیم‌پیچ‌ها نتیجه محاسبات بهینه‌سازی پیچیده است. با کمک این سیم پیچ ها، کیفیت محصور شدن پلاسما در یک ستاره ساز باید به سطح امکانات رقیب از نوع توکامک برسد.