Wendelstein 7-X
Wendelstein 7-X (W7-X) — экспериментальная установка для исследования высокотемпературной плазмы, расположенная в городе Грайфсвальде в Германии. Её строительство осуществлялось Институтом физики плазмы им. Макса Планка с 2005 по 2014 годы. Целью установки является проверка практической пригодности термоядерного реактора типа стелларатор, а также исследование и совершенствование технических компонентов и технологий в области управляемого термоядерного синтеза.
10 декабря 2015 года получена тестовая плазма[1].
Содержание
Принцип действия и предыстория
Предшественником Wendelstein 7-X была эксплуатируемая с 1988 по 2002 год установка Wendelstein 7-AS.
Целью исследования является выработка энергии слияния атомных ядер, подобная реакции, происходящей в Солнце. Чтобы произошла реакция, плазма из смеси изотопов водорода дейтерия и трития должна быть разогрета до температур свыше 100 млн °C. Необходимая для этого изоляция плазмы достигается заключением плазмы в магнитное поле, для чего используется сила Лоренца.
Начиная с 1950-х годов эксперименты по магнитному удержанию плазмы проводились по принципу токамака тороидальной формы. В отличие от токамака стелларатор не имеет азимутальной симметрии.
Целью Wendelstein 7-X является исследование возможностей этого типа реакторов. С помощью 30-минутных запусков будут исследоваться существенные свойства и проверяться способность к длительной работе.
Название «Wendelstein» — это «намек» на более ранние эксперименты: поскольку первые реакторы типа стелларатор были построены Принстонским университетом под именем горы Маттерхорн, то немецкие создатели реактора выбрали для названия также гору Вендельштейн в Баварских Альпах.
Устройство
Главной деталью Wendelstein 7-X является большой тороид наружного диаметра 11 м. В нём вращающаяся плазма заключена в магнитном поле таким образом, чтобы не касаться стенок. Магнитная система состоит из 20 плоских сверхпроводящих магнитных катушек и 50 неплоских тёплых катушек 3,5 м в высоту. Эти 50 искривлённых катушек используются для формирования профиля магнитного поля.
Жидкий гелий, охлаждённый до температуры близкой к абсолютному нулю, охлаждает магнитные катушки.
Другие детали — криостат, камера для плазмы и дивертор. Криостат - изолирующее от тепла устройство, необходимое для поддержания температуры сверхпроводимости магнитных катушек, имеет диаметр 16 м.
Технические данные
| Большой радиус плазмы | 5,5 м |
| Малый радиус плазмы | 0,53 м |
| Магнитная индукция | 3—6 тесла |
| Длительность запусков | До 30 мин. постоянной работы |
| Мощность нагрева плазмы | 14—20 Мегаватт |
| Объём плазмы | 30 м³ |
| Количество плазмы | 5—30 миллиграмм |
| Температура плазмы | 60—130 млн K |
Руководитель проекта — проф. Томас Клингер.
Финансирование
Необходимый размер инвестиций возрос по отношению к запланированному на 56 %. Финансирование Wendelstein 7-X производится на 33 % Европейским союзом, Германией — на 60 % и землёй Мекленбург-Передняя Померания — на 7 %, общий бюджет составляет около 423 млн евро.
В июле 2011 года стало известно, что по сведениям института Макса Планка к проекту подключились США с долей в 7,5 миллионов долларов в рамках программы «Innovative Approaches to Fusion».
Функционирование
 |
Информация в этой статье или некоторых её разделах устарела. Вы можете помочь проекту, обновив её и убрав после этого данный шаблон.
|
Из-за отсутствия системы активного охлаждения в течение первых двух лет работы длительность запусков на высокой мощности 8-10 МВт ограничивается продолжительностью порядка 5-10 секунд. Затем запланирован производственный перерыв примерно полтора года, в течение которого планируется доработать установку в расчёте на длительную работу[2].
Монтаж завершён в мае 2014 года[3].
- Первая фаза функционирования началась в 2015 году и закончилась через 3 месяца. Вместо прежних планов получения плазмы с помощью десяти тестовых диверторов принято решение ограничить первую плазму пятью графитовыми ограничителями.
- Вторая фаза предусматривает расширение ограничивающей диафрагмы, установку тестовых диверторов, комплектацию и подключение компонентов, контактирующих с плазмой — по планам фаза будет длиться один год.
- Третья фаза с подключёнными тестовыми диверторами начнётся по планам в 2016 году.
В апреле 2015 года на сайте ITER сообщили, что магнитная система стелларатора уже охлаждена до рабочей температуры. Вакуумная камера опечатана, на днях начнётся её вакуумирование[4].
10 июля 2015 сверхпроводящая магнитная система прошла первое испытание. Катушки сперва проверялись по одной, затем питание было подано на весь комплект катушек. Был достигнут расчетный ток 12,8 кА. Полученные данные оказались близки к расчётным[5].
10 декабря 2015 получена первая плазма стелларатора[1]. Первые эксперименты прошли с гелиевой плазмой, удерживаемой в течение 1—2 секунд. Такое решение связано с тем, что гелий легче ионизируется (по сравнению с водородом). Начиная с конца января 2016 года, на стеллараторе планируется начало эксперимента с водородной плазмой[6].
3 февраля 2016 года стелларатор выполнил первый простой эксперимент с водородом. Эксперимент заключался в нагреве некоторого количества водорода. На символическую пусковую кнопку нажала канцлер Германии Ангела Меркель. Этот "выстрел" открывает целую череду экспериментов по удержанию плазмы в установке типа стелларатор[7].
Достройка полностью охлаждаемых диверторов высоких тепловых потоков в расчёте на длительную работу займёт приблизительно 2 года. В 2019 году начнётся вторая серия испытаний плазменными импульсами длительностью в 30 минут[8].
Партнёры
- Институт физики плазмы им. Макса Планка (нем. Max-Planck-Institut für Plasmaphysik)
- Университет Грайфсвальда
- Технический университет Берлина (нем. Technische Universität Berlin)
См. также
- Токамак
- JET (Joint European Torus)
- ITER
- Large Helical Device
- Wendelstein 7-AS
- Ураган 3 (Харьков)
- National Ignition Facility
- Z-Машина
- Термоядерный реактор Lockheed Martin
- Сверхпроводимость
Напишите отзыв о статье "Wendelstein 7-X"
Примечания
- ↑ 1 2 [www.ipp.mpg.de/de/aktuelles/presse/pi/2015/12_15 Erstes Plasma: Fusionsanlage Wendelstein 7-X in Betrieb gegangen.] (нем.)
- ↑ MPI/IPP: [www.ipp.mpg.de/ippcms/de/for/publikationen/w7xletters/download/no_1_04_2008.pdf Wendelstein 7-X Информационные сообщения No.1] / April 2008 (нем.)
- ↑ [www.ipp.mpg.de/ippcms/de/presse/pi/03_14_pi Die Betriebsvorbereitungen für Wendelstein 7-X beginnen] (нем.)
- ↑ [www.iter.org/newsline/-/2156 W7-X stellarator : the step-by-step march toward first plasma.] (англ.)
- ↑ [www.iter.org/newsline/-/2234 Wendelstein 7-X fusion device one step closer to first plasma] (англ.)
- ↑ [lenta.ru/news/2015/12/02/stellarator/ Назначена дата запуска немецкого термоядерного реактора], Лента.ру (2 декабря 2015). Проверено 4 декабря 2015.
- ↑ [www.theverge.com/2016/2/3/10907914/germany-experimental-fusion-reactor-w7-x Germany just turned on a new experimental fusion reactor] // ITER, 03 feb 2016 (англ.)
- ↑ [www.ipp.mpg.de/3767011/019_Aug_2014_dt.pdf NEWSLETTER Nr. 10/ August 2014.] (нем.)
Ссылки
- [www.ipp.mpg.de/16900/w7x Wendelstein 7-X website] (Max-Planck-Institut für Plasmaphysik) (англ.).
- [edoc.mpg.de/get.epl?fid=62760&did=432120&ver=0 V. Bykov et al, «Structural analysis of W7-X: Overview», Fusion Engineering and Design (2009) Vol. 84, No. 2-6, 215—219] (англ.).
- [mipt.ru/education/chairs/laser/science/laboratorii-instituta/otdel-fiziki-plazmy.php Стелларатор Л-2М]
Координаты: 54°04′23″ с. ш. 13°25′25″ в. д. / 54.07306° с. ш. 13.42361° в. д. (G) [www.openstreetmap.org/?mlat=54.07306&mlon=13.42361&zoom=14 (O)] (Я)
Отрывок, характеризующий Wendelstein 7-X
– А и то сказать, кто же их к нам звал? Поделом им, м… и… в г…. – вдруг сказал он, подняв голову. И, взмахнув нагайкой, он галопом, в первый раз во всю кампанию, поехал прочь от радостно хохотавших и ревевших ура, расстроивавших ряды солдат.Слова, сказанные Кутузовым, едва ли были поняты войсками. Никто не сумел бы передать содержания сначала торжественной и под конец простодушно стариковской речи фельдмаршала; но сердечный смысл этой речи не только был понят, но то самое, то самое чувство величественного торжества в соединении с жалостью к врагам и сознанием своей правоты, выраженное этим, именно этим стариковским, добродушным ругательством, – это самое (чувство лежало в душе каждого солдата и выразилось радостным, долго не умолкавшим криком. Когда после этого один из генералов с вопросом о том, не прикажет ли главнокомандующий приехать коляске, обратился к нему, Кутузов, отвечая, неожиданно всхлипнул, видимо находясь в сильном волнении.
8 го ноября последний день Красненских сражений; уже смерклось, когда войска пришли на место ночлега. Весь день был тихий, морозный, с падающим легким, редким снегом; к вечеру стало выясняться. Сквозь снежинки виднелось черно лиловое звездное небо, и мороз стал усиливаться.
Мушкатерский полк, вышедший из Тарутина в числе трех тысяч, теперь, в числе девятисот человек, пришел одним из первых на назначенное место ночлега, в деревне на большой дороге. Квартиргеры, встретившие полк, объявили, что все избы заняты больными и мертвыми французами, кавалеристами и штабами. Была только одна изба для полкового командира.
Полковой командир подъехал к своей избе. Полк прошел деревню и у крайних изб на дороге поставил ружья в козлы.
Как огромное, многочленное животное, полк принялся за работу устройства своего логовища и пищи. Одна часть солдат разбрелась, по колено в снегу, в березовый лес, бывший вправо от деревни, и тотчас же послышались в лесу стук топоров, тесаков, треск ломающихся сучьев и веселые голоса; другая часть возилась около центра полковых повозок и лошадей, поставленных в кучку, доставая котлы, сухари и задавая корм лошадям; третья часть рассыпалась в деревне, устраивая помещения штабным, выбирая мертвые тела французов, лежавшие по избам, и растаскивая доски, сухие дрова и солому с крыш для костров и плетни для защиты.
Человек пятнадцать солдат за избами, с края деревни, с веселым криком раскачивали высокий плетень сарая, с которого снята уже была крыша.
– Ну, ну, разом, налегни! – кричали голоса, и в темноте ночи раскачивалось с морозным треском огромное, запорошенное снегом полотно плетня. Чаще и чаще трещали нижние колья, и, наконец, плетень завалился вместе с солдатами, напиравшими на него. Послышался громкий грубо радостный крик и хохот.
– Берись по двое! рочаг подавай сюда! вот так то. Куда лезешь то?
– Ну, разом… Да стой, ребята!.. С накрика!
Все замолкли, и негромкий, бархатно приятный голос запел песню. В конце третьей строфы, враз с окончанием последнего звука, двадцать голосов дружно вскрикнули: «Уууу! Идет! Разом! Навались, детки!..» Но, несмотря на дружные усилия, плетень мало тронулся, и в установившемся молчании слышалось тяжелое пыхтенье.
– Эй вы, шестой роты! Черти, дьяволы! Подсоби… тоже мы пригодимся.
Шестой роты человек двадцать, шедшие в деревню, присоединились к тащившим; и плетень, саженей в пять длины и в сажень ширины, изогнувшись, надавя и режа плечи пыхтевших солдат, двинулся вперед по улице деревни.
– Иди, что ли… Падай, эка… Чего стал? То то… Веселые, безобразные ругательства не замолкали.
– Вы чего? – вдруг послышался начальственный голос солдата, набежавшего на несущих.
– Господа тут; в избе сам анарал, а вы, черти, дьяволы, матершинники. Я вас! – крикнул фельдфебель и с размаху ударил в спину первого подвернувшегося солдата. – Разве тихо нельзя?
Солдаты замолкли. Солдат, которого ударил фельдфебель, стал, покряхтывая, обтирать лицо, которое он в кровь разодрал, наткнувшись на плетень.
– Вишь, черт, дерется как! Аж всю морду раскровянил, – сказал он робким шепотом, когда отошел фельдфебель.
– Али не любишь? – сказал смеющийся голос; и, умеряя звуки голосов, солдаты пошли дальше. Выбравшись за деревню, они опять заговорили так же громко, пересыпая разговор теми же бесцельными ругательствами.
В избе, мимо которой проходили солдаты, собралось высшее начальство, и за чаем шел оживленный разговор о прошедшем дне и предполагаемых маневрах будущего. Предполагалось сделать фланговый марш влево, отрезать вице короля и захватить его.
Когда солдаты притащили плетень, уже с разных сторон разгорались костры кухонь. Трещали дрова, таял снег, и черные тени солдат туда и сюда сновали по всему занятому, притоптанному в снегу, пространству.
Топоры, тесаки работали со всех сторон. Все делалось без всякого приказания. Тащились дрова про запас ночи, пригораживались шалашики начальству, варились котелки, справлялись ружья и амуниция.
Притащенный плетень осьмою ротой поставлен полукругом со стороны севера, подперт сошками, и перед ним разложен костер. Пробили зарю, сделали расчет, поужинали и разместились на ночь у костров – кто чиня обувь, кто куря трубку, кто, донага раздетый, выпаривая вшей.
Казалось бы, что в тех, почти невообразимо тяжелых условиях существования, в которых находились в то время русские солдаты, – без теплых сапог, без полушубков, без крыши над головой, в снегу при 18° мороза, без полного даже количества провианта, не всегда поспевавшего за армией, – казалось, солдаты должны бы были представлять самое печальное и унылое зрелище.
Напротив, никогда, в самых лучших материальных условиях, войско не представляло более веселого, оживленного зрелища. Это происходило оттого, что каждый день выбрасывалось из войска все то, что начинало унывать или слабеть. Все, что было физически и нравственно слабого, давно уже осталось назади: оставался один цвет войска – по силе духа и тела.
К осьмой роте, пригородившей плетень, собралось больше всего народа. Два фельдфебеля присели к ним, и костер их пылал ярче других. Они требовали за право сиденья под плетнем приношения дров.
– Эй, Макеев, что ж ты …. запропал или тебя волки съели? Неси дров то, – кричал один краснорожий рыжий солдат, щурившийся и мигавший от дыма, но не отодвигавшийся от огня. – Поди хоть ты, ворона, неси дров, – обратился этот солдат к другому. Рыжий был не унтер офицер и не ефрейтор, но был здоровый солдат, и потому повелевал теми, которые были слабее его. Худенький, маленький, с вострым носиком солдат, которого назвали вороной, покорно встал и пошел было исполнять приказание, но в это время в свет костра вступила уже тонкая красивая фигура молодого солдата, несшего беремя дров.
– Давай сюда. Во важно то!
Дрова наломали, надавили, поддули ртами и полами шинелей, и пламя зашипело и затрещало. Солдаты, придвинувшись, закурили трубки. Молодой, красивый солдат, который притащил дрова, подперся руками в бока и стал быстро и ловко топотать озябшими ногами на месте.
