Wendelstein stellarator begins upgrades after fusion success / Stellarator Wendelstein inizia gli aggiornamenti dopo il successo della fusione nucleare
The Wendelstein 7-X stellarator has successfully completed its first stages of research, heating plasmas to temperatures of 100 million degrees Celsius and achieving pulse lengths of six seconds.
Known as W7-X, the nuclear fusion device is the largest stellarator ever constructed, using 50 computer-designed electromagnets to guide superheated plasma around its 16m-long toroidal chamber. The project has taken two decades to reach this point, and is potentially a key step towards nuclear fusion power plants that will provide clean and virtually limitless energy.
Following an intricate build process that lasted nine years and involved over a million hours of labour, W7-X was fired up for the first time in December last year at the Max Planck Institute for Plasma Physics (IPP) in Greifswald, Germany. Initially heating helium to around 1 million degrees Celsius, the device reached a significant milestone in February of this year when it made its first hydrogen plasma.
In total, approximately 2,200 plasma pulses have been fired since operations began, building from initial lengths of half a second up to six seconds. At mean plasma densities the physicists were able to generate temperatures of 100 million degrees Celsius for the plasma electrons, and 10 million degrees for the ions. These temperatures were recorded using 4 megawatt microwave pulses lasting one second.
“We are more than satisfied with the results of the first experimental campaign”, said project lead Prof Thomas Klinger. “(They) greatly exceeded what our rather cautious predictions had led us to believe.”
Since completing the first phase of research in March, W7-X’s plasma chamber has now been reopened so that upgrades can be made, and longer pulses can be fired. Workers will install 6,200 graphite tiles of various shapes that will protect the vessel walls. The ten strips of tiles will also act as divertors to control the plasma’s density and remove impurities. According to the scientists at IPP, these elements must be installed to a precision of 1-2 millimetres – a challenging task given the stellarator’s asymmetric sweeping curves.
“After exact measurement of the inside wall we therefore compare the wall dimensions with the tile measurements by a numerical method and modify, where necessary, the tiles with a computer-controlled milling cutter”, explained Mathias Müller from IPP’s Technical Services.
The intricate nature of the upgrades means they won’t be completed until mid-2017. W7-X should then be ready for plasma pulses of eight megawatts lasting ten seconds. If everything goes to plan, the graphite tiles will eventually be replaced with carbon-fibre-reinforced components that are also water-cooled. Over the course of the next four years, the stellarator will build towards heating powers of 10 megawatts, and continuous plasma firings of around 30 minutes. If achieved, this would mark a major leap forward in the development of commercially viable fusion energy.
ITALIANO
Il Wendelstein 7-X stellarator ha completato con successo le sue prime fasi di ricerca, plasmi di riscaldamento a temperature di 100 milioni di gradi centigradi e raggiungendo lunghezze di impulso di sei secondi.
Conosciuto come W7-X, il dispositivo di fusione nucleare è la più grande stellarator mai costruita , usando 50 elettromagneti per computer progettato per guidare il plasma surriscaldato intorno alla sua camera toroidale lunga 16m . Il progetto ha impiegato due decenni per arrivare a questo punto, ed è potenzialmente un passo fondamentale verso le centrali di fusione nucleare che forniranno energia pulita e virtualmente illimitate.
A seguito di un processo di compilazione intricato che è durato nove anni e ha coinvolto oltre un milione di ore di lavoro, W7-X è stato reso disponibile per la prima volta nel dicembre dello scorso anno presso l'Istituto Max Planck per la fisica del plasma (IPP) a Greifswald, Germania. Inizialmente con il riscaldamento di elio a circa 1 milione di gradi Celsius, il dispositivo ha raggiunto una pietra miliare significativa nel febbraio di quest'anno, quando ha prodotto il suo primo plasma di idrogeno.
In totale, circa 2.200 impulsi di plasma sono stati sparati, con la costruzione di lunghezze iniziali di mezzo secondo fino a sei secondi. A una media densità plasmatica i fisici erano in grado di generare temperature di 100 milioni di gradi Celsius per gli elettroni del plasma, e 10 milioni di gradi per gli ioni. Queste temperature sono state registrate usando 4 megawatt di impulsi a microonde della durata di un secondo.
"Dopo la misurazione esatta della parete interna abbiamo dunque confrontato le dimensioni della parete con le misure di piastrelle con un metodo numerico e abbiamo modificato, se necessario, le piastrelle con una fresa a controllo computerizzato", ha spiegato Mathias Müller Servizi Tecnici di IPP.
La natura complessa degli aggiornamenti significa che non sarà completata fino a metà-2017. W7-X dovrebbe poi essere pronto per impulsi plasmatici di otto megawatt della durata di dieci secondi. Se tutto va secondo i piani, le piastrelle di grafite alla fine dovranno essere sostituite con componenti in fibra di carbonio rinforzata che sono anche raffreddati ad acqua. Nel corso dei prossimi quattro anni, lo stellarator raggiungerà potenze di riscaldamento di 10 megawatt, e produzione continua di plasma di circa 30 minuti. Se realizzato, questo segnerebbe un importante passo avanti nello sviluppo dell'energia di fusione commerciale.
"Siamo più che soddisfatti dei risultati della prima campagna sperimentale", ha detto il responsabile del progetto prof Thomas Klinger. "(Si) avendo notevolmente superato quello che le nostre previsioni piuttosto prudenti ci avevano portato a credere."
Dal completamento della prima fase di ricerca a marzo, la camera di plasma di W7-X è stata ora riaperta in modo che gli aggiornamenti possono essere fatti, e impulsi più lunghi possono essere prodotti. I lavoratori installeranno 6.200 tegole di grafite di varie forme in grado di proteggere le pareti dei vasi. Le dieci strisce di piastrelle potranno anche agire come deviatori per controllare la densità del plasma e rimuovere le impurità. Secondo gli scienziati della IPP, questi elementi devono essere installati con una precisione di 1-2 millimetri - un compito difficile dato le asimmetriche curve ampie dello Stellarator.
Da:
http://www.theengineer.co.uk/wendelstein-stellarator-begins-upgrades-after-fusion-success/?cmpid=tenews_2440218
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