Durante 30 años, Asdex Upgrade ha estado allanando el camino para una planta de energía de fusión que genere energía climáticamente neutra. La planta de fusión de tokamak se expandió y mejoró con frecuencia durante este tiempo. Por esta razón, al menos, proporciona muchas ideas que se han incorporado al diseño y operación de otras plantas de fusión. Por ejemplo, el equipo de actualización de Asdex ha desarrollado escenarios operativos para la estación Jet Test en el Reino Unido y la planta Iter Test en Francia, así como proyecciones ilustrativas planificadas de plantas de energía. La conversión planificada a mediados de 2022 tiene como objetivo preparar la planta para el futuro.

El objetivo de la investigación de la fusión es desarrollar un entorno ecológico y respetuoso con el clima. Energía Fábrica. Al igual que el sol, está destinado a extraer energía de la fusión de núcleos atómicos. El combustible para esto es un gas de hidrógeno ionizado muy delgado, un plasma. Para encender un fuego de fusión, el plasma debe estar rodeado de campos magnéticos prácticamente sin contacto y calentado a más de 100 millones de grados.

Para regular la interacción entre el combustible caliente y las paredes circundantes, los científicos del Instituto Max Planck de Física del Plasma equiparon el Asdex Upgrade con un transductor, que le dio a la planta su nombre: el experimento simétrico coaxial. Mediante un campo magnético adicional, el campo cambiante elimina las impurezas del plasma y mejora el aislamiento térmico.

Sin embargo, a diferencia de su predecesor Asdex, el Asdex Upgrade, el transformador y las importantes propiedades del plasma, especialmente la densidad y la carga en las paredes, están más adaptadas a las condiciones de una planta de energía posterior. Equipado con un potente calentador de plasma y un equipo de medición de monitoreo de plasma avanzado, Asdex Upgrade se puede utilizar para desarrollar modos de operación para una planta de energía potencial. En 38700 descargas de plasma hasta la fecha, la planta ha respondido preguntas de investigación básica para el reactor experimental conjunto europeo JET e Iter, así como una planta de energía de demostración planificada.

Pared de tungsteno para recipiente de plasma

Con Asdex Upgrade, los investigadores dieron un paso importante hacia una futura planta de energía de fusión cuando cubrieron la pared de la olla de plasma con tungsteno en lugar de carbono. El carbono tiene grandes ventajas para las plantas experimentales. Sin embargo, no es adecuado para la operación de centrales eléctricas ya que se corroe mucho debido al plasma y se adhiere mucho combustible por sí mismo. Por eso Alto punto de fusiónEl tungsteno funciona bien como material de pared, al menos en principio. Pero el plasma se enfría rápidamente debido a las impurezas más pequeñas en los átomos de tungsteno que se liberan repetidamente de la pared. Después de muchas pruebas, el equipo de actualización de Asdex pudo resolver este problema.

Resultados directos de este éxito: en un importante proceso de reconstrucción, el Experimento Jet Europeo Conjunto recibió un transductor de tungsteno en 2011. El equipo de Iter decidió abandonar los experimentos tentativamente planeados con el convertidor de carbono e ir directamente al tungsteno. El tungsteno también es el material de referencia para una planta de energía experimental.

La inyección de hidrógeno previene la inestabilidad

En la interacción de las partículas de plasma cargadas con el campo magnético atrapado, pueden producirse diversas alteraciones en el confinamiento del plasma. Incluyen inestabilidad de borde en plasma o ELM (modos de borde local). En este proceso, el plasma del borde pierde su confinamiento durante un breve período y periódicamente arroja las partículas de plasma y la energía hacia las paredes del recipiente. Si bien las plantas de tamaño mediano como Asdex Upgrade pueden manejar esto, un transformador en plantas grandes como Iter puede verse abrumado. Para resolver este problema, se han desarrollado medidas para prevenir la inestabilidad para Asdex Upgrade. Dieciséis pequeñas bobinas magnéticas en el recipiente de plasma suprimen completamente la inestabilidad de sus campos. El segundo método comienza en el borde exterior del plasma. Si se puede establecer la forma de plasma correcta, cruce campo magnético– Si se garantiza una densidad de partículas suficientemente alta, mediante inyección de hidrógeno, los ELM no pueden desarrollarse.

Asegurar un funcionamiento continuo

El funcionamiento continuo está garantizado por la integración Las plantas Tokamaks, como Asdex Upgrade, Jet o Iter, que construyen una jaula magnética con dos campos magnéticos superpuestos: un campo en forma de anillo creado por bobinas magnéticas externas y un campo de corriente que fluye en el plasma. Al combinar campos magnéticos, las líneas de campo se enrollan de una manera que rodea al plasma. La corriente de plasma suele ser estimulada de forma pulsada por una bobina de transformador en el plasma. A diferencia de las estrellas más complejas, todo el sistema opera en pulsos, un defecto para los tokamaks.

Entonces, los científicos del Instituto Max Planck de Física del Plasma están buscando diferentes métodos para generar corriente continua en un plasma. Por ejemplo, inyectando ondas de alta frecuencia o haces de partículas que conducen corriente adicional al plasma. Al hacerlo, lograron operar el sistema virtualmente sin un transformador, y por primera vez en una máquina con una pared interior de metal prácticamente ajustada. Si el Asdex Upgrade no estuviera equipado con bobinas de cobre normalmente conductoras, sino bobinas magnéticas superconductoras (como fue el caso de Iter), esta fase podría haberse extendido por un período más largo, posiblemente hasta un funcionamiento continuo.

Qué pasará después

Durante los 30 años de operación de Asdex Upgrade, el transformador se ha cambiado y mejorado muchas veces. Los investigadores ahora quieren dar un paso más y probar un nuevo concepto de transformador. Se diseñan dos bobinas magnéticas adicionales en la superficie del recipiente de plasma para ventilar el campo del transformador de modo que la energía del plasma se distribuya en un área más grande. La compilación de bobinas está programada para comenzar a mediados de 2022. Dichas expansiones también permitirán futuras investigaciones sobre Garching tokamak para resolver futuros problemas ilustrativos de plantas de energía. En muchos sentidos, la actualización de Asdex puede verse como un esquema de tokamak. Una planta de energía de fusiónDice el líder del proyecto Arne Kallenbach. Combinado con códigos informáticos recientemente desarrollados, las muestras de drenaje desarrolladas durante 30 años proporcionan información confiable para la planta de energía.