El reactor Wendelstein 7-X (abreviado W7-X ) es un estelarizador experimental construido en Greifswald , Alemania , por el Instituto Max Planck de Física del Plasma (IPP), y completado en octubre de 2015. [1] [2] Su propósito es tecnología avanzada de estelarizadores: aunque este reactor experimental no producirá electricidad, se utiliza para evaluar los componentes principales de una futura planta de energía de fusión ; fue desarrollado sobre la base del reactor experimental Wendelstein 7-AS predecesor .
![]() W7-X en 2011 | |
Tipo de dispositivo | Stellarator |
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Localización | Greifswald , Alemania |
Afiliación | Instituto Max Planck de Física del Plasma |
Especificaciones técnicas | |
Radio mayor | 5,5 m (18 pies) |
Radio menor | 0,53 m (1 pie 9 pulg) |
Volumen de plasma | 30 m 3 |
Campo magnético | 3 toneladas (30 000 g) |
Poder de calefacción | 14 MW |
Temperatura del plasma | (6–13) × 10 7 K |
Historia | |
Año (s) de funcionamiento | 2015-presente |
Precedido por | Wendelstein 7-AS |
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/8/8e/Interior_of_W7-X_stellarator.jpg/440px-Interior_of_W7-X_stellarator.jpg)
A partir de 2015 [actualizar], el reactor Wendelstein 7-X es el dispositivo estelarizador más grande. Se prevé lograr operaciones de hasta aproximadamente 30 minutos de descarga continua de plasma en 2021, demostrando así una característica esencial de una futura planta de energía de fusión: la operación continua.
El nombre del proyecto, en referencia a la montaña Wendelstein en Baviera, se decidió a finales de la década de 1950, haciendo referencia al proyecto anterior de la Universidad de Princeton bajo el nombre de Proyecto Matterhorn . [3]
La instalación de investigación es un proyecto asociado independiente con la Universidad de Greifswald .
Diseño y componentes principales
El dispositivo Wendelstein 7-X se basa en una configuración Helias de cinco períodos de campo . Se trata principalmente de un toroide , formado por 50 bobinas magnéticas superconductoras planas y no planas , de 3,5 m de altura, que inducen un campo magnético que evita que el plasma choque con las paredes del reactor. Las 50 bobinas no planas se utilizan para ajustar el campo magnético. Tiene como objetivo una densidad de plasma de 3 × 10 20 partículas por metro cúbico y una temperatura de plasma de 60-130 megakelvins (MK). [1]
Los componentes principales son las bobinas magnéticas, el criostato , el recipiente de plasma, el desviador y los sistemas de calefacción. [4]
Las bobinas ( NbTi en aluminio [4] ) se disponen alrededor de un revestimiento termoaislante de 16 metros de diámetro, denominado criostato. Un dispositivo de enfriamiento produce suficiente helio líquido para enfriar los imanes y su recinto (alrededor de 425 toneladas métricas de "masa fría") a una temperatura de superconductividad (4 K [5] ). Las bobinas llevarán una corriente de 12,8 kA y crearán un campo de hasta 3 teslas . [5]
El recipiente de plasma, construido de 20 partes, está en el interior, ajustado a la compleja forma del campo magnético. Tiene 254 puertos (orificios) para diagnóstico de observación y calentamiento de plasma. Toda la planta está construida con cinco módulos casi idénticos, que se ensamblaron en la sala de experimentos. [4]
El sistema de calentamiento [6] incluye 10 megavatios de microondas para calentamiento por resonancia de ciclotrón de electrones (ECRH), que puede funcionar de manera continua y puede entregar 80 MJ en la fase de operación 1.2. [7] Para la fase operativa 2 (OP-2), después de completar el blindaje completo / enfriamiento por agua, también estarán disponibles hasta 8 megavatios de inyección de haz neutral durante 10 segundos. [8] Un sistema de calentamiento por resonancia de ciclotrón de iones (ICRH) estará disponible para operación física en OP1.2. [9]
Un sistema de sensores y sondas basado en una variedad de tecnologías complementarias medirá las propiedades clave del plasma, incluidos los perfiles de densidad electrónica y de temperatura de electrones e iones, así como los perfiles de impurezas importantes del plasma y de la electricidad radial. campo resultante del transporte de partículas de iones y electrones. [10]
Historia
El acuerdo de financiación alemán para el proyecto se negoció en 1994, estableciendo el Instituto Greifswald Branch del IPP en la esquina noreste de la recientemente integrada Alemania Oriental . Su nuevo edificio se completó en 2000. Originalmente se esperaba que la construcción del stellarator se completara en 2006. El montaje comenzó en abril de 2005. Los problemas con las bobinas tardaron unos 3 años en solucionarse. [4] El calendario se deslizó hasta finales de 2015. [4] [11] [12]
Un consorcio estadounidense de tres laboratorios (Princeton, Oak Ridge y Los Alamos) se convirtió en socio del proyecto, pagando 6,8 millones de euros del coste total final de 1.060 millones de euros. [13] En 2012, la Universidad de Princeton y la Sociedad Max Planck anunciaron un nuevo centro de investigación conjunto en física del plasma, [14] para incluir la investigación sobre W7-X.
El final de la fase de construcción, que requirió más de 1 millón de horas de montaje, [15] se marcó oficialmente con una ceremonia de inauguración el 20 de mayo de 2014. [16] Después de un período de verificación de fugas en los buques, que comenzó en el verano de 2014, se evacuó el criostato y se completaron las pruebas de imán en julio de 2015. [5]
La fase operativa 1 (OP1.1) comenzó el 10 de diciembre de 2015. [17] Ese día, el reactor produjo con éxito plasma de helio (con temperaturas de aproximadamente 1 MK) durante aproximadamente 0,1 s. Para esta prueba inicial con aproximadamente 1 mg de gas helio inyectado en el recipiente de plasma al vacío, se aplicó calentamiento por microondas durante un pulso corto de 1,3 MW. [18]
El objetivo del OP 1.1 era realizar pruebas integradas de los sistemas más importantes lo más rápido posible y obtener la primera experiencia con la física de la máquina. [17]
Se realizaron más de 300 descargas con helio en diciembre y enero con temperaturas que aumentaron gradualmente y finalmente alcanzaron los seis millones de grados centígrados, para limpiar las paredes de los recipientes de vacío y probar los sistemas de diagnóstico de plasma. Luego, el 3 de febrero de 2016, la producción del primer plasma de hidrógeno inició el programa científico. Los plasmas de temperatura más alta fueron producidos por pulsos de calentador de microondas de cuatro megavatios que duraron un segundo; Las temperaturas de los electrones de plasma alcanzaron los 100 MK, mientras que las temperaturas de los iones alcanzaron los 10 MK. Se realizaron más de 2000 pulsos antes del apagado. [19]
Se planeó que tales pruebas continuaran durante aproximadamente un mes, seguidas de un cierre programado para abrir el recipiente de vacío y revestirlo con tejas protectoras de carbón e instalar un "desviador" para eliminar las impurezas y el calor del plasma. El programa científico continuó mientras aumentaba gradualmente la potencia y la duración de descarga. [20] La topología del campo magnético especial se confirmó en 2016. [21] [22]
La fase operativa 1 (OP1.1) concluyó el 10 de marzo de 2016 [17] y comenzó una fase de actualización.
La fase operativa 1 continuó (OP1.2) en 2017 [23] para probar el desviador (no refrigerado).
La fase operativa 2 (OP2) está prevista para finales de 2021 para probar el desviador refrigerado. [24] Debido a COVID-19 , la actualización se ha ralentizado / retrasado un poco; Se espera que los experimentos con plasma no se reanuden antes de 2022. [25]
En junio de 2018, una temperatura iónica récord de unos 40 millones de grados, una densidad de 0,8 × 10 20 partículas / m 3 y un tiempo de confinamiento de 0,2 segundos arrojaron un producto de fusión récord de 6 × 10 26 grados-segundos por metro cúbico. [26]
Durante los últimos experimentos de 2018, la densidad alcanzó 2 × 10 20 partículas / m 3 a una temperatura de 20 millones de grados. Con buenos valores plasmáticos se obtuvieron plasmas de larga duración con tiempos de descarga prolongados de 100 segundos. El contenido de energía superó 1 megajulio. [27] [28]
Cronología
Fecha | Evento |
---|---|
1980 | Planificación iniciada [29] [30] |
1994 | Proyecto iniciado |
2005 | Comenzó el montaje |
2014 | Inaugurado |
Diciembre de 2015 | Iniciar la fase operativa OP1.1 |
2015 | Prueba de plasma de helio satisfactoria a 1 MK durante ~ 0,1 s |
2016 | Plasma de hidrógeno a 80 MK durante 0,25 s |
Marzo de 2016 | Finalizar OP1.1, comenzar la fase de actualización |
Junio de 2017 | Iniciar la fase operativa OP1.2 |
Junio de 2018 | Producto triple de fusión de 6 × 10 26 grados-segundo / m 3 [31] |
Noviembre de 2018 | Finalizar OP1.2, comenzar la fase de actualización |
~ 2022 [25] (planificado) | OP2 (funcionamiento en régimen permanente) |
Financiación
El apoyo financiero para el proyecto es aproximadamente del 80% de Alemania y aproximadamente el 20% de la Unión Europea. El 90% de la financiación alemana proviene del gobierno federal y el 10% del gobierno estatal de Mecklenburg-Vorpommern . La inversión total para el propio stellarator durante 1997-2014 ascendió a 370 millones de euros, mientras que el costo total para el sitio de IPP en Greifswald, incluida la inversión más los costos operativos (personal y recursos materiales) ascendió a 1.060 millones de euros para ese período de 18 años. Esto superó la estimación presupuestaria original, principalmente porque la fase de desarrollo inicial fue más larga de lo esperado, duplicando los costos de personal. [32]
En julio de 2011, el presidente de la Sociedad Max Planck , Peter Gruss , anunció que Estados Unidos contribuiría con 7,5 millones de dólares en el marco del programa "Enfoques innovadores para la fusión" del Departamento de Energía de Estados Unidos . [33]
Institutos colaboradores
Unión Europea
- FJFI Charles University (República Checa)
- Universidad Técnica de Berlín (Alemania)
- Universidad de Greifswald (Alemania)
- Forschungszentrum Jülich (Alemania)
- Instituto de Tecnología de Karlsruhe (Alemania)
- Instituto de Ingeniería de Procesos Interfaciales y Tecnología de Plasma (IGVP) de la Universidad de Stuttgart (Alemania)
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt (Alemania)
- Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternativas (CEA; Francia)
- Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT; España)
- Instituto de Física Nuclear de Cracovia y Centro Nacional de Investigaciones Nucleares (Polonia)
- Instituto de Física del Plasma y Microfusión Láser, Varsovia (Polonia)
- Instituto de Investigación KFKI de Física Nuclear y de Partículas de la Academia de Ciencias de Hungría (Hungría)
- Trilateral Euregio Cluster (Alemania / Bélgica / Países Bajos)
- Universidad Técnica de Dinamarca (DTU) (Dinamarca)
- Universidad Tecnológica de Eindhoven (Países Bajos)
Estados Unidos
- Laboratorio Nacional Los Alamos
- Laboratorio Nacional Oak Ridge
- Laboratorio de Física del Plasma de Princeton
- Universidad de Wisconsin-Madison
- Instituto de Tecnología de Massachusetts
- Universidad de Auburn
- Xantho Technologies, LLC
Japón
- Instituto Nacional de Ciencia de la Fusión
Ver también
- El poder de la fusion
- Estelaradores similares:
- Gran dispositivo helicoidal , Japón, heliotrón, superconductor (1998–)
- Experimento helicoidalmente simétrico , EE. UU., Cuasi helicoidalmente simétrico
- Experimento Nacional Compacto de Stellarator , configuración de Helias de tres períodos de campo - tuvo problemas de bobinas similares - la construcción se detuvo en 2008
Referencias
- ^ a b Introducción: el stellarator Wendelstein 7-X Consultado el 5 de noviembre de 2014.
- ^ Clery, Daniel (21 de octubre de 2015). "El reactor extraño que podría salvar la fusión nuclear" . sciencemag.org . Revista de ciencia . Consultado el 25 de octubre de 2015 .
- ^ WI-A, WI-B, WII-A, WII-B, W7-A: G. Grieger; H. Renner; H. Wobig (1985), "Wendelstein stellarators", Nuclear Fusion (en alemán), 25 (9), p. 1231, doi : 10.1088 / 0029-5515 / 25/9/040
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- ^ a b c "Pruebas magnéticas en Wendelstein 7-X completadas con éxito" . 7 de julio de 2015. Archivado desde el original el 16 de julio de 2015.
- ^ "Calefacción y Optimización de Stellarator" . Consultado el 10 de diciembre de 2015 .
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- ^ FAZ: Start frei für deutschen Sonnenofen vom 20. Mayo de 2014
- ^ Isabella Milch (7 de julio de 2011). "Estados Unidos se une al proyecto de fusión Wendelstein 7-X" . Instituto Max Planck de Física del Plasma . Consultado el 4 de febrero de 2016 .
enlaces externos
- Página web oficial
- El primer plasma de helio en YouTube
Coordenadas :54 ° 04′23 ″ N 13 ° 25′26 ″ E / 54.073 ° N 13.424 ° E / 54,073; 13.424