Wikipedista:Matyasar/Pískoviště

Wendelstein 7-X
	W7-X v roce 2011
Typ zařízení	Stelarátor
Město	Greifswald
Instituce	Ústav fyziky plazmatu Maxe Plancka
Technické specifikace
Hlavní poloměr	5.5 m
Vedlejší poloměr	0.53 m
Objem plazmatu	30 m³
Magnetické pole	3 T
Výkon ohřevu plazmatu	14 MW
Teplota plazmatu	(6–13)×107 K
Historie
Roky v provozu	2015 - současnost
Předchůdce	Wendelstein 7-AS

Wendelstein 7-X je největší experimentální fúzní reaktor typu stelarátor. Nachází se v městě Greifswald v Německu a provozuje ho Ústav fyziky plazmatu Maxe Plancka. Je v provozu od roku 2015^[1]^[2]. Zařízení má za účel výzkum a vývoj technologií stelarátorů. Hlavním cílem je dosáhnout fúzní reakce trvající alespoň 30 min. při teplotě plazmatu 100 miliónů K a tím demonstrovat schopnost kontinuálního provozu stelarátorů (narozdíl od tokamaků, které mohou dosáhnout kontinuálního provozu pouze v případě neinduktivního generování elektrického proudu v plazmatu). Tento experimentální reaktor není určen k výrobě elektrické energie. Vývoj Wendelsteinu 7-X probíhal na základě zkušeností se stelarátorem Wendelstein 7 -AS.

Projekt byl pojmenován po německé hoře Wendelstein v Bavorsku.

Konstrukce a hlavní komponenty

Wendelstein 7-X má 5 os symetrie a skládá se z pěti přibližně stejných modulů. Tvar je podobný toroidu. Plazma se v komoře udržuje pomocí magnetického pole generovaného dvaceti rovinnými a padesáti nakroucenými supravodivými cívkami aniž by došlo k významnější interakci horkého plazmatu se stěnou vakuové nádoby. Nakroucené cívky jsou používány k přesnému tvarování magnetického pole. Cívky jsou konstruovány pro dosažení hustoty plazmatu 3×10²⁰ částic na metr krychlový a teploty plazmatu až 130 miliónů K.

Hlavními komponenty jsou magnetické cívky, vakuová nádoba, systémy chlazení, kryostat, divertor a systémy pro ohřev plazmatu.

Supravodivé cívky (NbTi) jsou chlazeny kapalným heliem na teplotu maximálně 4 K. Při takto nízké teplotě je elektrický odpor supravodiče prakticky nulový. Díky proudu o velikosti 12.8 kA, protékající cívkami se generuje magnetické pole o velikosti až 3 T pro udržení plazmatu v komoře. Kvůli zabránění ohřátí cívek jsou instalovány tepelné štíty (zabránění přenosu tepla radiací) a celé zařízení je v kryostatu, který udržuje nízkou hodnotu tlaku - vytváří vakuum (zabránění přenosu tepla kondukcí).

Ve vakuové nádobě je magnetickým polem spoutáno plazma. Jak název napovídá, je v této části zařízení udržován velmi nízký tlak (vakuum) všech látek kromě paliva, aby plazma nebylo znečišťováno a ochlazováno. Nádoba tvarem kopíruje tvar plazmatu a má 254 otvorů pro diagnostiku a pro ohřev plazmatu. Ikdyž stěna vakuové nádoby s horkým plazmatem v podstatě neinteraguje, je i tak zatížena vysokými tepelnými toky a její první stěna musí být vyrobena z tepelně odolných materiálů.

Ohřev plazmatu probíhá pomocí elektromagnetických vln o rezonanční frekvenci buď elektronů, nebo iontů a pomocí vstřelování svazků neutrálních atomů.

Divertor hraje zásadní roli v odvodu odpadních produktů fúzní reakce, díky čemuž se udržuje plazma čisté.

Historie projektu

Financování projektu z německého rozpočtu bylo oficiálně schváleno v roce 1994 v Greifswaldu. Budova pro stelarátor byla dokončena v roce 2000. Hlavní fáze konstrukcí skončila v roce 2014. První experiment s heliovým plazmatem se uskutečnil v prosinci roku 2015. Jeho cílem bylo především vyčištění vakuové nádoby. Dále také proběhly testy systémů ohřevu a diagnostiky. V roce 2016 se slavnostně konal za přítomnosti německé kancléřky Angely Merkelové první experiment s vodíkovým palivem.

První série experimentů probíhala od prosince 2015 do března roku 2016. Nejprve s heliovým plynem a následně s vodíkovým plynem. Palivo se v reaktoru nacházelo o poměrně vysoké teplotě (10 miliónů K), ale při velmi nízké hustotě, aby se zabránilo poškození vakuové nádoby. V této fázi se testovala především správná funkce supravodivých cívek a diagnostiky. Po skončení této série se do vakuové nádoby instalovaly grafitové bloky pro ochranu ostatních komponent a divertor pro odvod odpadních produktů fúzní reakce.

Druhá fáze experimentů probíhala v letech 2017 a 2018 a měla za účel ověřit správnou funkci divertoru a první stěny. Experimenty jejich správnou funkci prokázaly a proto se mohlo přistoupit k ověření numerických predikcí chování plazmatu o vyšších parametrech. Délka nejdelšího výboje byla v této fázi 100 s. Protože výsledky byly v souladu s předpověďmi a prokázal se pozitvní vliv divertouru, druhá fáze experimentů skončila úspěchem. Pokusy byly dočasně zastaveny a začalo se s dalším vylepšením zařízení. Jedná se především o výměnu nechlazených divertorových bloků, které jsou v zařízení nejvíce zatížené tepelným tokem, za vodou chlazené divertorové bloky. Tato úprava by měla umožnit dosáhnout v další fázi experimentů cíle reaktoru Wendelstein 7 -X, a to výboj trvající 30 min. při teplotě plazmatu 100 miliónů K.

Spuštění další série experimentů je naplánované na rok 2022.

Časová osa

Datum	Událost
1980	Zahájení plánování
1994	Zahájení projektu
2005	Zahájení konstrukce
2014	Inaugurace
Prosinec 2015	Začátek první fáze experimentů
2015	První heliové plazma po dobu 0,1 s
2016	První vodíkové plazma po dobu 0,25 s
Březen 2016	Konec první fáze experimentů
Červen 2017	Začátek druhé fáze experimentů
Listopad 2018	Konec druhé fáze experimentů
~ 2022 (plánováno)	Začátek třetí fáze experimentů

Financování

Projekt Wendelstein 7 -X financuje z 80 % Německo a z 20 % Evropská unie. 90 % německých prostředků poskytuje federální vláda a zbylých 10 % spolkový stát Meklenbursko-Přední Pomořansko.

Mezi roky 1997 a 2014 byla celková cena projektu 1,06 miliard €, což přesáhlo původní odhady, a to zejména kvůli výraznému prodloužení vývoje v začátcích projektu^[3].

V roce 2011 prezident společnosti Maxe Plancka oznámil, že se Spojené státy americké budou podílet na financování projektu částkou 7,5 miliony $ v rámci programu ministerstva energetiky Spojených států "Inovativní řešení ve fúzním výzkumu"^[4].

Spolupracující instituce

EU

FJFI ČVUT (ČR)
Technická univerzita v Berlíně (Německo)
Univerzita v Greifswaldu (Německo)
Výzkumné centrum v Jülichu(Německo)
Ústav technologie v Karlsruhe (Německo)
Univerzita ve Stuttgartu (Německo)
Physikalisch-Technische Bundesanstalt (Německo)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA; Francie)
Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT; Španělsko)
Ústav jaderné fyziky a národní centrum pro pro jaderný výzkum v Krakově (Polsko)
Ústav fyziky plazmatu a laserové mikrofúze ve Varšavě (Polsko)
Výzkumný ústav částicové a jaderné fyziky v rámci maďarské akademie věd (Maďarsko)
Trilateral Euregio Cluster (Německo/Belgie/Nizozemsko)
Dánská technická univerzita (DTU) (Dánsko)
Eindhovenská univerzita technologie (Nizozemsko)

USA

Japonsko

Národní ústav pro fúzní vědu

Reference

↑ Introduction – the Wendelstein 7-X stellarator Retrieved 5 November 2014.
↑ CLERY, Daniel. The bizarre reactor that might save nuclear fusion [online]. Science Magazine, 21 October 2015 [cit. 2015-10-25]. Dostupné online.
↑ FAZ: Start frei für deutschen Sonnenofen vom 20. Mai 2014
↑ Isabella Milch. USA joining the Wendelstein 7-X fusion project [online]. Max Planck Institute of Plasma Physics, 7 July 2011 [cit. 2016-02-04]. Dostupné online.

[W7X-1] Introduction – the Wendelstein 7-X stellarator Retrieved 5 November 2014.

[Clery2015-2] CLERY, Daniel. The bizarre reactor that might save nuclear fusion [online]. Science Magazine, 21 October 2015 [cit. 2015-10-25]. Dostupné online.

[3] FAZ: Start frei für deutschen Sonnenofen vom 20. Mai 2014

[4] Isabella Milch. USA joining the Wendelstein 7-X fusion project [online]. Max Planck Institute of Plasma Physics, 7 July 2011 [cit. 2016-02-04]. Dostupné online.

[1]

[2]

[3]

[4]