Gli esperimenti al plasma nel dispositivo di fusione Wendelstein 7-X al Max Planck Institute for Plasma Physics (IPP) a Greifswald, Germania, sono stati ripresi dopo un'interruzione di conversione di 15 mesi. L'estensione ha reso il dispositivo adatto per una maggiore potenza di riscaldamento e impulsi più lunghi. Ciò consente ora di testare il concetto ottimizzato di Wendelstein 7-X. Wendelstein 7-X, il più grande dispositivo di fusione del mondo di tipo stellarator, è quello di indagare la sua idoneità per una centrale elettrica.

Oltre a nuovi impianti di riscaldamento e misurazione, oltre 8, 000 rivestimenti in grafite e dieci moduli deviatori sono stati installati nel serbatoio del plasma dal marzo dello scorso anno, ovvero la fine prevista della prima fase di sperimentazione. Questo rivestimento serve a proteggere le pareti dei vasi e consente temperature più elevate e scariche di plasma della durata di 10 secondi nei prossimi esperimenti.

Una funzione speciale è qui esercitata dalle dieci sezioni del deviatore:come larghe strisce sulla parete del vaso plasma, le tessere del deviatore si conformano esattamente al contorno di torsione del bordo del plasma. Proteggono così soprattutto quelle aree della parete verso le quali le particelle che fuoriescono dal bordo dell'anello di plasma sono specificamente dirette. Insieme alle impurità indesiderate, le particelle che urtano vengono neutralizzate e pompate via. Il divertore è quindi uno strumento importante per regolare la purezza e la densità del plasma.

Il predecessore più piccolo, lo stellarator Wendelstein 7-AS all'IPP di Garching, aveva già dato risultati incoraggianti nei test dei divertori. Ma non fino al successore molto più grande, Wendelstein 7-X a Greifswald, le condizioni geometriche sono state all'altezza delle dimensioni della centrale elettrica, in particolare il rapporto tra l'area del divertore e il volume del plasma. "Siamo quindi molto entusiasti di essere ora in grado di indagare per la prima volta se il concetto di divertore di uno stellarator ottimizzato può davvero funzionare correttamente", afferma il capo del progetto, il professor Thomas Klinger. Questi test avranno un ruolo importante:molte indagini dettagliate verificheranno attentamente come guidare il plasma e quali strutture del campo magnetico e metodi di riscaldamento e rifornimento hanno maggior successo.

I nuovi strumenti di misura arruolati consentiranno anche l'osservazione della turbolenza nel plasma per la prima volta:i piccoli vortici coinvolti influenzano il successo del confinamento magnetico e dell'isolamento termico del plasma caldo, questi sono parametri importanti per una futura centrale elettrica, perché determinano le dimensioni della pianta e quindi il suo pregio economico. "Potremo per la prima volta verificare se le promettenti previsioni della teoria per uno stellarator completamente ottimizzato sono corrette. Rispetto ai dispositivi precedenti, Wendelstein 7-X dovrebbe produrre abbastanza novità, forse anche meglio, condizioni", dice Thomas Klinger.

Poiché nel frattempo tutti e dieci i trasmettitori a microonde per il riscaldamento a microonde del plasma sono pronti per l'uso, ciò consentirà un maggiore rendimento energetico e plasmi di maggiore densità. Sarà ora possibile aumentare l'energia a 80 megajoule una volta che tutte le versioni del riscaldamento a microonde saranno state affrontate e testate, rispetto a 4 megajoule nel 2016. La densità del plasma piuttosto bassa finora può essere più che raddoppiata per raggiungere valori che soddisfano i requisiti della centrale elettrica.

Ciò ha conseguenze significative:in primo luogo la densità del plasma deve essere sufficiente per consentire agli elettroni e agli ioni di scambiare energia in modo efficace. In precedenza, il riscaldamento a microonde era stato in grado di riscaldare essenzialmente solo gli elettroni. Invece di elettroni caldi con 100 milioni di gradi e ioni freddi con 10 milioni di gradi come finora gli elettroni e gli ioni nel nuovo plasma avranno temperature quasi uguali fino a 70 milioni di gradi. Ciò dovrebbe anche migliorare l'isolamento termico del plasma. Considerando che finora era solo la media superiore in relazione alle dimensioni del dispositivo, l'effetto dell'ottimizzazione di Wendelstein 7-X dovrebbe ora diventare visibile:"Sta diventando molto eccitante", afferma Thomas Klinger.

Sfondo

L'obiettivo della ricerca sulla fusione è sviluppare una centrale elettrica favorevole al clima e all'ambiente. come il sole, è ricavare energia dalla fusione dei nuclei atomici. Poiché il fuoco di fusione non si accende finché non vengono raggiunte temperature superiori a 100 milioni di gradi, il carburante, cioè. un plasma di idrogeno a bassa densità, non deve entrare in contatto con pareti fredde del vaso. Confinato da campi magnetici, levita all'interno di una camera a vuoto senza quasi alcun contatto.

La gabbia magnetica di Wendelstein 7-X è formata da un anello di 50 bobine magnetiche superconduttrici alte circa 3,5 metri. Le loro forme speciali sono il risultato di sofisticati calcoli di ottimizzazione. Sebbene Wendelstein 7-X non sia destinato a produrre energia, il dispositivo dovrebbe dimostrare che gli stellarator sono adatti per le centrali elettriche. Per la prima volta la qualità del confinamento del plasma in uno stellarator è quella di raggiungere il livello dei dispositivi concorrenti del tipo tokamak.

Per questo scopo, sono in programma ulteriori fasi di modifica. Per esempio, le tegole in grafite del deviatore saranno sostituite entro pochi anni da elementi in carbonio rinforzati con fibra di carbonio che vengono ulteriormente raffreddati ad acqua. Ciò consentirà scariche della durata fino a 30 minuti in cui è possibile testare se Wendelstein 7-X raggiungerà i suoi obiettivi di ottimizzazione a lungo termine:in questo modo il dispositivo deve dimostrare il vantaggio essenziale degli stellarator, cioè. la loro capacità di funzionamento continuo.