Vor fast drei Jahren, im Juni 2021, bekamen wir sie Ankunft des zentralen Tubulus in seinen Einrichtungen ITER (Internationaler thermonuklearer Versuchsreaktor), von experimenteller Kernfusionsreaktor das ein internationales Konsortium unter europäischer Führung in Cadarache (Frankreich) baut. Diese Komponente bildet das Herzstück des komplexen Magnetmotors des Reaktors und ist nichts anderes als ein sehr starker supraleitender Magnet von kolossalen Ausmaßen.
Es ist 18 Meter hoch, hat einen Durchmesser von 4 Metern und wiegt 1.000 Tonnen. Es wird im zentralen Loch der Vakuumkammer platziert, um im Plasma einen großen elektrischen Strom zu induzieren. Darüber hinaus wird dieser sehr starke Magnet dazu verwendet, die Form des Plasmas zu optimieren, es zu stabilisieren und dank eines Mechanismus namens Joule-Effekt auch zu seiner Erwärmung beizutragen, wodurch seine Temperatur auf über 150 Millionen Grad Celsius erhöht wird.
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Der zentrale Elektromagnet ist jedoch keineswegs der einzige Magnet in ITER. Supraleitende Magnete, die an der Außenseite der Vakuumkammer angebracht sind, sind für die Erzeugung des Magnetfelds verantwortlich, das erforderlich ist, um das Plasma im Inneren einzuschließen. Sie sind auch für dessen Kontrolle und Stabilisierung verantwortlich. Sie wiegen 10.000 Tonnen und bestehen aus einer Legierung aus Niob und Zinn bzw. Niob und Titan, die durch Abkühlung mit überkritischem Helium auf eine Temperatur von -269 °C supraleitend wird.
Wie kürzlich festgestellt wurde, sind supraleitende Magnete insgesamt ein grundlegender Bestandteil nicht nur von ITER, sondern aller experimentellen Kernfusionsreaktoren (Tokamak), wie der britische JET oder der japanische JT-60SA. Das Problem besteht darin, dass ihre Herstellung sehr teuer ist und daher einen sehr großen Einfluss auf die Endkosten des Reaktors hat. Glücklicherweise scheint eine Gruppe von Forschern des Plasma Physics Laboratory der Princeton University in New Jersey (USA) bereit zu sein, die Situation radikal zu ändern.
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Die betreffenden Wissenschaftler haben einen sehr interessanten Artikel in der Zeitschrift „Zeitschrift für Plasmaphysik“, in dem sie sich auf seine Gestaltung und Konstruktion beziehen MUSEvon erster experimenteller Kernfusionsreaktor vom Stellarator-Typ das Permanentmagnete statt supraleitender Geräte verwendet. Ziel ist es, eine neue Fertigungsstrategie für optimierte Stellarator-Reaktoren vorzuschlagen, die Permanentmagnete und Planarspulen verwenden, zwei bekannte Komponenten, die viel billiger als supraleitende Magnete und auch viel einfacher zu handhaben sind.
Reaktoren vom Stellarator-Typ sind eine sehr stabile Alternative zu Tokamaks wie dem ITER oder o JET. Und es ist nicht gerade das Ergebnis neuerer Forschung. Tatsächlich wurden beide Entwürfe in den 1950er Jahren entwickelt. Der Stellarator wurde vom amerikanischen Physiker Lyman Spitzer entworfen und diente als Grundlage für den Aufbau des Plasmaphysiklabors der Princeton University, in dem die Autoren dieses Artikels arbeiten.
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Wenn wir uns die Geometrie beider Designs ansehen, stellen wir fest, dass die Tokamak-Reaktoren donutförmig sind, während die Stellaratoren Sie erhalten eine komplexere Struktur, die an sich einem verdrehten Loukom ähnelt. Der grundlegende Unterschied zwischen den beiden Designs besteht darin, dass Tokamak Die Magnetfelder müssen einerseits mit Spulen, andererseits durch Induktion aus dem Plasma selbst erzeugt werden. Der Vorteil dieser Strategie besteht darin, dass der Reaktor weniger anfällig für Herstellungsfehler ist, da sich das Plasma selbst „anpassen“ kann.
Allerdings in Typreaktoren Stellarator alles geschieht mechanisch. Alles wird mit Spulen gemacht. Es gibt keinen Strom im Plasma. Wenn ein Fehler gemacht wird und es falsch konstruiert ist, ist die Kreatur nicht eingeschränkt. Die größere inhärente Komplexität des Stellarator-Designs stellte größere Herausforderungen dar als die magnetische Eingrenzung des Plasmas in der Vakuumkammer eines Tokamak-Reaktors.
Wenn die Projekt MUSE richtig entwickelt, der Bau eines Reaktors Stellarator es könnte einfacher und billiger sein, was mittelfristig die Kernfusionsforschung beschleunigen könnte. Und wer weiß, vielleicht könnten in Zukunft auch Tokamak-Reaktoren wie ITER von dieser Technologie profitieren.
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