De plasma-experimenten in het Wendelstein 7-X fusie-apparaat bij Max Planck Institute for Plasma Physics (IPP) in Greifswald, Duitsland, zijn hervat na een conversiepauze van 15 maanden. Door de uitbreiding is het apparaat geschikt voor een hoger verwarmingsvermogen en langere pulsen. Hierdoor kan nu het geoptimaliseerde concept van Wendelstein 7-X worden getest. Wendelstein 7-X, 's werelds grootste fusie-apparaat van het stellarator-type, is om de geschiktheid ervan voor een elektriciteitscentrale te onderzoeken.

Naast nieuwe verwarmings- en meetfaciliteiten, meer dan 8, Sinds maart vorig jaar zijn er 000 grafietwandtegels en tien divertormodules in het plasmavat geïnstalleerd, d.w.z. het geplande einde van de eerste experimenteerfase. Deze bekleding is bedoeld om de vaatwanden te beschermen en hogere temperaturen en plasmaontladingen van 10 seconden mogelijk te maken in toekomstige experimenten.

Een bijzondere functie wordt hier uitgeoefend door de tien secties van de divertor:als brede stroken op de wand van het plasmavat, de divertortegels passen zich exact aan de torderende contour van de plasmarand aan. Ze beschermen dus vooral die wandgebieden waarop deeltjes die ontsnappen uit de rand van de plasmaring specifiek gericht zijn. Samen met ongewenste onzuiverheden worden de invallende deeltjes geneutraliseerd en weggepompt. De divertor is dus een belangrijk hulpmiddel voor het regelen van de zuiverheid en dichtheid van het plasma.

De kleinere voorganger de Wendelstein 7-AS stellarator bij IPP in Garching, had al bemoedigende resultaten opgeleverd in divertortests. Maar niet tot de veel grotere opvolger, Wendelstein 7-X bij Greifswald, kwamen de geometriecondities overeen met de grootte van de krachtcentrale, in het bijzonder de verhouding van het divertorgebied tot het plasmavolume. "We zijn daarom erg enthousiast dat we nu voor het eerst kunnen onderzoeken of het divertor-concept van een geoptimaliseerde stellarator echt goed kan werken", zegt projectleider professor Thomas Klinger. Deze tests zullen een grote rol spelen:bij veel gedetailleerde onderzoeken wordt nauwkeurig nagegaan hoe het plasma moet worden geleid en welke magnetische veldstructuren en verwarmings- en bijvulmethoden het meest succesvol zijn.

Nieuw aangeworven meetinstrumenten zullen ook voor het eerst de waarneming van turbulentie in het plasma mogelijk maken:de kleine draaikolken die met zich meebrachten, beïnvloeden hoe succesvol magnetische opsluiting en thermische isolatie van het hete plasma zijn, dit zijn belangrijke parameters voor een toekomstige elektriciteitscentrale, omdat ze de grootte van de plant bepalen en daarmee de economische waarde. "We zullen voor het eerst kunnen controleren of de veelbelovende voorspellingen van de theorie voor een volledig geoptimaliseerde stellarator correct zijn. In vergelijking met eerdere apparaten, Wendelstein 7-X zal naar verwachting vrij nieuwe, misschien nog beter, voorwaarden", zegt Thomas Klinger.

Aangezien alle tien microgolfzenders voor de microgolfverwarming van het plasma inmiddels klaar zijn voor gebruik, dit zal een hogere energiedoorvoer en plasma's met een hogere dichtheid mogelijk maken. Het zal nu mogelijk zijn om de energie te verhogen tot 80 megajoule als alle versies van de microgolfverwarming zijn aangepakt en getest, vergeleken met 4 megajoule in 2016. De eerder lage plasmadichtheid tot nu toe kan nu meer dan verdubbeld worden om waarden te bereiken die voldoen aan de eisen van de elektriciteitscentrale.

Dit heeft grote gevolgen:Ten eerste moet de dichtheid van het plasma voldoende zijn om elektronen en ionen effectief energie uit te wisselen. Eerder, de microgolfverwarming had alleen in wezen alleen de elektronen kunnen verwarmen. In plaats van hete elektronen met 100 miljoen graden en koude ionen met 10 miljoen graden zoals tot nu toe, zullen de elektronen en ionen in het nieuwe plasma bijna gelijke temperaturen hebben tot 70 miljoen graden. Dit zou ook de thermische isolatie van het plasma moeten verbeteren. Terwijl het tot nu toe slechts bovengemiddeld was in verhouding tot de grootte van het apparaat, het effect van het optimaliseren van Wendelstein 7-X zou nu zichtbaar moeten worden:"Het wordt heel spannend", stelt Thomas Klinger.

Achtergrond

Het doel van fusieonderzoek is het ontwikkelen van een energiecentrale die gunstig is voor klimaat en milieu. Zoals de zon, het is om energie te halen uit de fusie van atoomkernen. Aangezien het fusievuur niet ontsteekt voordat temperaturen van meer dan 100 miljoen graden zijn bereikt, de brandstof, namelijk een waterstofplasma met lage dichtheid, mogen niet in aanraking komen met koude vatwanden. Begrensd door magnetische velden, het zweeft in een vacuümkamer met nauwelijks contact.

De magnetische kooi van Wendelstein 7-X wordt gevormd door een ring van 50 supergeleidende magneetspoelen van ongeveer 3,5 meter hoog. Hun bijzondere vormen zijn het resultaat van uitgekiende optimalisatieberekeningen. Hoewel Wendelstein 7-X niet bedoeld is om energie te produceren, het apparaat moet bewijzen dat stellarators geschikt zijn voor energiecentrales. Voor het eerst moet de kwaliteit van de plasma-opsluiting in een stellarator het niveau bereiken van concurrerende apparaten van het tokamak-type.

Voor dit doeleinde, verdere stadia van wijziging worden gepland. Bijvoorbeeld, de grafiettegels van de divertor worden over enkele jaren vervangen door koolstofvezelversterkte koolstofelementen die bovendien watergekoeld zijn. Dit maakt ontladingen mogelijk van maximaal 30 minuten, waarin kan worden getest of Wendelstein 7-X op de lange termijn zijn optimalisatiedoelen zal bereiken:op deze manier moet het apparaat het essentiële voordeel van stellarators demonstreren, namelijk hun vermogen om continu te werken.