為提升德國仿星器 W7-X 性能,團隊結合美國 PPPL 核融合技術

作者 | 發布日期 2018 年 04 月 04 日 0:00 | 分類 尖端科技 , 核能 , 能源科技 follow us in feedly

德國仿星器文德爾施泰因 7-X(W7-X)為當今世界最大的核融合反應爐,而為了進一步提升仿星器(Stellarator)核融合性能,目前已採用美國能源部普林斯頓電漿物理實驗室(PPPL)的補墊線圈(trim coils、shimming coils)系統。




仿星器為核融合技術之一,以模擬恆星內部持續不斷的核融合反應而聞名,可說是在地球上製造一顆受控的太陽,外觀跟托卡馬克(Tokamak)一樣都是圓環狀,只是前者長得比較像髮圈,有別於托卡馬克利用環形容器穩固電漿,仿星器是利用更複雜的磁線圈(magnetic coils)達成,且能以低功率運行,並在沒有電漿干擾的情況下穩定電漿並高效運作。

科學家為了提升 W7-X 性能與檢測狀態,用 5 個銅製補墊線圈與控制系統進行測試,全程由 PPPL 物理科學家 Samuel Lazerson 從旁協助,希望能藉此讓 W7-X 性能更上一層樓。

W7-X 在 2017 年 12 月進行第二次測試實驗,透過島偏濾器(island divertor)排除從電漿離開的熱量與粒子,進而提升加熱與量測能量(measurement capabilities)功能。該偏濾器是由電漿邊緣的特殊磁場組成,假如製造上有任何差錯,可能會導致偏濾器過熱並限制電漿的作用。

該實驗證明補墊線圈能有效測量並調整誤差,這類誤差場(error fields)會造成線圈數不足與結構不完整,最後可能會導致結構破裂,而在電漿邊緣控制誤差場可以讓 W7-X 產生持續 30 秒的電漿放電。馬克斯·普朗克學會(MPG)物理學家 Thomas Sunn Pederson 表示,這些補墊線圈不僅能確保電漿均勻排放粒子與熱量到偏濾器,而且還為物理學家提供前所未有的精準磁場測量工具。

科學家用補墊線圈擾亂磁力,讓誤差場位置更為明顯,進而找出哪裡可以修正,而 Lazerson 與 MPG 科學家 Sergey Bozhenkov 則又進一步補充實驗,想要計算出補墊線圈修改偏差需要多少功率,並發現所需功率是所有線圈運作功率的 10%。

Lazerson 表示,只需要全部線圈 10% 功率就能調整並藉此提升 W7-X 性能,且這也意味著團隊還有許多能量可使用,讓科學家可繼續在受控環境探索偏濾器過載情況。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:PPPL

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