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为提升德国仿星器 W7-X 性能,团队结合美国 PPPL 核融合技术

2024-12-23 207

德国文德尔施泰因 7-X(W7-X)为当今世界最大的仿星器(Stellarator)反应炉,而为了进一步提升仿星器核融合性能,目前已采用美国能源部普林斯顿电浆物理实验室(PPPL)的补垫线圈(trim coils、shimming coils)系统。

仿星器为核融合技术之一,以模拟恒星内部持续不断的核融合反应而闻名,可说是在地球上制造一颗受控的太阳,外观跟托卡马克(Tokamak)一样都是圆环状,只是前者长得比较像发圈,有别于托卡马克利用环形容器稳固电浆,仿星器是利用更复杂的磁线圈(magnetic coils)达成,且能以低功率运行,并在没有电浆干扰的情况下稳定电浆并高效运作。

科学家为了提升 W7-X 性能与检测状态,用 5 个铜制补垫线圈与控制系统进行测试,全程由 PPPL 物理科学家 Samuel Lazerson 从旁协助,希望能借此让 W7-X 性能更上一层楼。

W7-X 在 2017 年 12 月进行第二次测试实验,透过岛偏滤器(island divertor)排除从电浆离开的热量与粒子,进而提升加热与量测能量(measurement capabilities)功能。该偏滤器是由电浆边缘的特殊磁场组成,假如制造上有任何差错,可能会导致偏滤器过热并限制电浆的作用。

该实验证明补垫线圈能有效测量并调整误差,这类误差场(error fields)会造成线圈数不足与结构不完整,最后可能会导致结构破裂,而在电浆边缘控制误差场可以让 W7-X 产生持续 30 秒的电浆放电。马克斯·普朗克学会(MPG)物理学家 Thomas Sunn Pederson 表示,这些补垫线圈不仅能确保电浆均匀排放粒子与热量到偏滤器,而且还为物理学家提供前所未有的精准磁场测量工具。

科学家用补垫线圈扰乱磁力,让误差场位置更为明显,进而找出哪里可以修正,而 Lazerson 与 MPG 科学家 Sergey Bozhenkov 则又进一步补充实验,想要计算出补垫线圈修改偏差需要多少功率,并发现所需功率是所有线圈运作功率的 10%。

Lazerson 表示,只需要全部线圈 10% 功率就能调整并借此提升 W7-X 性能,且这也意味着团队还有许多能量可使用,让科学家可继续在受控环境探索偏滤器过载情况。

(本文由 EnergyTrend 授权转载;首图来源:PPPL)

2019-03-14 21:31:00

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