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Wendelstein 7-AS
Experimento Garching Wendelstein 7-AS.jpg
Wendelstein 7-AS en Garching. El stellarator, en la parte trasera derecha, está casi cubierto por componentes de diagnóstico y calefacción.
Tipo de dispositivoStellarator
LocalizaciónGarching , Alemania
AfiliaciónInstituto Max Planck de Física del Plasma
Especificaciones técnicas
Radio mayor2 m (6 pies 7 pulgadas)
Radio menor0,13–0,18 m (5,1 a 7,1 pulgadas)
Volumen de plasmaaprox. 1  m 3
Campo magnéticohasta 2,6 T (26.000 G)
Poder de calefacción5,3  MW
Duración de la descargahasta 2  s
Historia
Año (s) de funcionamiento1988-2002
SucesorWendelstein 7-X

Wendelstein 7-AS (abreviado W7-AS , para "Advanced Stellarator") fue un stellarator experimental que estuvo en funcionamiento desde 1988 hasta 2002 por el Instituto Max Planck de Física del Plasma (IPP) en Garching . [1] [2] Fue el primero de una nueva clase de esteladores avanzados con bobinas modulares, diseñado con el objetivo de desarrollar un reactor de fusión nuclear para generar electricidad.

El experimento fue sucedido por Wendelstein 7-X , que comenzó a construirse en Greifswald en 2002, se completó en 2014 y comenzó a funcionar en diciembre de 2015. El objetivo de su sucesor es investigar la idoneidad de los componentes diseñados para un futuro reactor de fusión. [3]

Diseño experimental

Vista superior del sistema de bobina magnética del Wendelstein 7-AS. La posición del plasma en él se muestra en rojo. La sección transversal del plasma cambia cinco veces a lo largo del anillo, cada una desde una forma elíptica vertical (abajo a la izquierda) a una forma más de lágrima (abajo a la derecha) y viceversa.
Una de las características bobinas no planas optimizadas, expuesta en el Deutsches Museum .

Wendelstein 7-AS era un estelarizador , un dispositivo que genera los campos magnéticos necesarios para el confinamiento de un plasma de hidrógeno caliente a través de bobinas portadoras de corriente fuera del plasma. Son candidatos potenciales para reactores de fusión diseñados para operación continua, ya que la corriente fluye exclusivamente en el exterior de la máquina, en contraste con el tokamak que genera los campos magnéticos confinantes de la corriente que fluye dentro del plasma mismo.

Wendelstein 7-AS fue el primero de una serie de experimentos de esterilizadores IPP [4] con un sistema de bobina modular que crea los campos magnéticos retorcidos necesarios para confinar el plasma. Fue diseñado para dar a los campos magnéticos más grados de libertad que le permitieran conformarse más cerca de la configuración teórica óptima. [5] Debido a la potencia de cálculo limitada y la necesidad de probar rápidamente la validez del concepto en el estelarizador, solo se llevó a cabo una optimización parcial de los campos magnéticos en Wendelstein 7-AS. [ verificación necesaria ]Solo en el dispositivo sucesor Wendelstein 7-X se llevó a cabo una optimización completa del código utilizado para generar los campos. [6] [7]

Especificaciones técnicas

Especificaciones técnicas de Wendelstein 7-AS [2]
PropiedadValor
Radio mayor2 m
Radio menor0,13 hasta 0,18 m
Campo magnéticohasta 2,6 Tesla (≈ 500.000 veces el campo magnético de la Tierra en Europa)
Número de bobinas toroidales45 bobinas modulares no planas + 10 bobinas planas adicionales
Duración del plasmahasta 2 segundos
Calentamiento por plasma5,3 megavatios (microondas de 2,6 MW + inyección de partículas neutras de 2,8 MW)
Volumen de plasma≈ 1 metro cúbico
Cantidad de plasma<1 miligramo
Temperatura de electroneshasta 78 millones de K = 6,8 keV
Temperatura de iones (hidrógeno)hasta 20 millones de K = 1,7 keV (un poco más que la temperatura en el centro del sol)

Resultados del proyecto

Una mirada a través de una ventana de vacío en la dirección toroidal y a lo largo del plasma en W7-AS. El borde "frío" del plasma aparece brillante, mostrando estructuras de islas bulbosas en el centro de la imagen que presionan contra las baldosas de grafito de la pared (lado izquierdo). El calor irradiado emitido en el centro caliente del tubo de plasma (lado derecho, aproximadamente 30 cm de diámetro) está cerca del espectro de rayos X y es invisible para la cámara; por tanto, el plasma aparece difuso y transparente.

Los siguientes resultados experimentales confirmaron las predicciones de un Wendelstein 7-AS parcialmente optimizado y llevaron al desarrollo y construcción del Wendelstein 7-X: [8]

  • El campo magnético pudo atrapar partículas de plasma (principalmente iones de hidrógeno y electrones ) con energías térmicas más altas que sus predecesores. Esta mejora permitió alcanzar temperaturas ocho veces superiores a la temperatura interna del sol (dentro del anillo de plasma para los electrones), y algo más (temperatura interna del sol) para los iones de hidrógeno.
  • Además, se demostró que el estelarizador parcialmente optimizado se comporta extraordinariamente "bondadoso" con respecto a las inestabilidades del plasma , lo que es de gran importancia para el funcionamiento continuo de un futuro reactor. Las inestabilidades pueden provocar un enfriamiento temporal o la pérdida de partículas de plasma calientes y, por lo tanto, reducir la presión del plasma y las temperaturas dentro del recipiente.
  • El llamado desviador de isla se operó con éxito en el Wendelstein 7-AS, la primera vez en un estelarizador; esto elimina los contaminantes del plasma que además enfriarían el plasma caliente del interior. Para este propósito, las líneas del campo magnético en el borde del plasma se deformaron de tal manera que los iones de múltiples cargas del plasma caliente golpean las placas deflectoras específicas y distribuyen su energía de la manera más barata posible, evitando así el sobrecalentamiento local. [9] [10]
  • El Wendelstein 7-AS fue el primer stellarator en acceder al modo H (H para "alto confinamiento"), que anteriormente solo era accesible para los tokamaks. Esto le permite alcanzar fácilmente las condiciones de ignición de un reactor de fusión, ya que el plasma puede desarrollar una capa aislante de unos pocos centímetros de espesor desde el borde de la máquina, lo que permite temperaturas más altas en el interior.

Referencias

  1. ^ Renner, H; Anabitarte, E; Ascasibar, E; Besshou, S; Brakel, R; Burhenn, R; Cattanei, G; Dodhy, A; Dorst, D; Elsner, A; Engelhardt, K (1989). "Operación inicial del stellarator avanzado Wendelstein 7AS". Física del plasma y fusión controlada . 31 (10): 1579-1596. Código Bibliográfico : 1989PPCF ... 31.1579R . doi : 10.1088 / 0741-3335 / 31/10/008 . ISSN  0741-3335 .
  2. ^ a b Hirsch, M; Baldzuhn, J; Beidler, C; Brakel, R; Burhenn, R; Dinklage, A; Ehmler, H; Endler, M; Erckmann, V; Feng, Y; Geiger, J (2008). "Principales resultados del stellarator Wendelstein 7-AS". Física del plasma y fusión controlada . 50 (5): 053001. doi : 10.1088 / 0741-3335 / 50/5/053001 . ISSN 0741-3335 . 
  3. ↑ Clery, Daniel (21 de octubre de 2015). "El reactor extraño que podría salvar la fusión nuclear" . Ciencia | AAAS . Consultado el 16 de junio de 2020 .
  4. ^ Grieger, G .; Renner, H .; Wobig, H. (1985). "Estelaradores de Wendelstein". Fusión nuclear . 25 (9): 1231-1242. doi : 10.1088 / 0029-5515 / 25/9/040 . ISSN 0029-5515 . 
  5. ^ Chu, TK; Furth, HP; Johnson, JL; Ludescher, C .; Weimer, KE (1982). "Técnicas de optimización para bobinas esteladoras modulares". Fusión nuclear . 22 (7): 871–881. doi : 10.1088 / 0029-5515 / 22/7/001 . ISSN 0029-5515 . 
  6. ^ Renner, H. (1988). "Programa experimental de W VII-AS y proyecciones a W VII-X" . Actas del taller sobre Wendelstein VII-X . 20 (18) - a través del Sistema Internacional de Información Nuclear.
  7. ^ Wanner, M .; el equipo W7-X (2000). "Objetivos de diseño y estado del proyecto WENDELSTEIN 7-X". Física del plasma y fusión controlada . 42 (11): 1179-1186. Código Bibliográfico : 2000PPCF ... 42.1179W . doi : 10.1088 / 0741-3335 / 42/11/304 . ISSN 0741-3335 . 
  8. ^ Wagner, F .; Bäumel, S .; Baldzuhn, J .; Basse, N .; Brakel, R .; Burhenn, R .; Dinklage, A .; Dorst, D .; Ehmler, H .; Endler, M .; Erckmann, V. (2005). "W7-AS: un paso de la línea estelar de Wendelstein". Física de Plasmas . 12 (7): 072509. Código Bibliográfico : 2005PhPl ... 12g2509W . doi : 10.1063 / 1.1927100 . ISSN 1070-664X . 
  9. ^ Jaenicke, R; Baldzuhn, J; Erckmann, V; Geiger, J; Grigull, P; Hofmann, JV; Patada, M; Kisslinger, J; Kuhner, G; Maassberg, H; Niedermeyer, H (1995). "Experimentos de calentamiento de alta potencia en el estelarador WENDELSTEIN 7-AS". Física del plasma y fusión controlada . 37 (11A): A163 – A176. Código Bibliográfico : 1995PPCF ... 37A.163J . doi : 10.1088 / 0741-3335 / 37 / 11a / 010 . ISSN 0741-3335 . 
  10. ^ McCormick, K .; Grigull, P .; Burhenn, R .; Brakel, R .; Ehmler, H .; Feng, Y .; Fischer, R .; Gadelmeier, F .; Giannone, L .; Hildebrandt, D .; Hirsch, M. (2003). "Experimentos con desviadores de islas en el estelarizador Wendelstein 7-AS" . Revista de materiales nucleares . Interacciones plasma-superficie en dispositivos de fusión controlados 15. 313–316: 1131–1140. Código Bibliográfico : 2003JNuM..313.1131M . doi : 10.1016 / S0022-3115 (02) 01506-4 . ISSN 0022-3115 . 

Enlaces externos