Ngày 10 tháng 12 năm 2015

Ngày 10 tháng 12 năm 2015, plasma heli đầu tiên được sản xuất tại Wendelstein 7-X lò phản ứng hạt nhân tổng hợp tại Viện Max Planck của viện Vật lý Plasma (IPP) tại Greifswald. Sau hơn một năm chuẩn bị kỹ thuật và kiểm tra, vận hành thử nghiệm bây giờ đã bắt đầu theo đúng kế hoạch. Wendelstein 7-X, là thiết bị stellarator kiểu lò phản ứng tổng hợp lớn nhất thế giới, sẽ nghiên cứu sự thích hợp của loại thiết bị này cho nhà máy phát điện.

 Sau 9 năm làm việc xây dựng và hơn một triệu giờ lắp ráp không mệt mỏi, lắp ráp chính cho Wendelstein 7-X được hoàn thành vào tháng 4 năm 2014. Các hoạt động chuẩn bị đã được tiến hành từ lâu. Mỗi hệ thống kỹ thuật đã được thử nghiệm lần lượt, hệ thống chân không, hệ thống làm mát, các cuộn dây siêu dẫn và sản xuất từ trường, hệ thống điều khiển, cũng như các thiết đốt nóng và các dụng cụ đo lường. Vào ngày 10 tháng 12 đã đến: nhóm điều hành trong phòng điều khiển bắt đầu tăng từ trường và bắt đầu khởi động hệ thống điều khiển bằng siêu máy tính. Nó sử dụng khoảng một milligram khí heli vào hộp chứa sự tan chảy, bật công tắc lò vi sóng đốt nóng bằng một xung ngắn 1,3 megawatt - và tạo ra dòng plasma đầu tiên có thể được quan sát bởi các camera được lắp đặt với thiết bị đo lường. Chúng tôi đang bắt đầu với dòng plasma được sản xuất từ ​​khí helium quí hiếm. Chúng tôi không thay đổi với đối tượng nghiên cứu thực tế là  plasma hydro để đến năm sau, "giải thích của lãnh đạo dự án Giáo sư Thomas Klinger: Điều này là bởi vì nó dễ dàng hơn để đạt được dòng plasma với helium. Ngoài ra, chúng tôi có thể làm sạch bề mặt của hộp chứa plasma với các plasma helium. 

Các plasma đầu tiên trong lò đã tồn tại một khoảng thời gian một phần mười của một giây và đạt được một nhiệt độ khoảng một triệu độ. "Chúng tôi rất hài lòng", kết luận của Tiến sĩ Hans-Stephan Bosch, người được phân công chịu trách nhiệm cho các hoạt động của Wendelstein 7-X, vào cuối ngày của ngày đầu tiên của thí nghiệm. "Mọi thứ đã diễn ra theo đúng kế hoạch." Nhiệm vụ tiếp theo của nhóm là sẽ kéo dài thời gian tồn tại của hiện tượng phóng plasma và để nghiên cứu phương pháp tốt nhất để sản xuất và đốt nóng plasma heli sử dụng lò vi sóng. Sau khi nghỉ ngơi cho năm mới, nhóm nghiên cứu sẽ tăng cường vào tháng Giêng, mà sẽ dọn đường cho sản xuất plasma đầu tiên từ hydrogen.

Nền tảng:

Mục tiêu của nghiên cứu nhiệt hạch là để phát triển một nguồn năng lượng thân thiện với môi trường và tương tự như mặt trời, thu hoạch năng lượng từ sự tan chẩy của các hạt nhân nguyên tử. Như phản ứng nhiệt hạch chỉ đốt cháy ở nhiệt độ hơn 100 triệu độ, nhiên liệu là plasma hydro mỏng - không phải tiếp xúc với các tường của hộp chứa plasma lạnh. Được giới hạn bởi các từ trường đặc biệt, nó trôi nổi hầu như không bị tiếp xúc vào các cạnh bên trong của buồng chân không. Đối với lồng từ, hai mẫu thiết kế khác nhau đã được phổ biến là các tokamak và stellarator. Cả hai loại hệ thống đang được nghiên cứu tỉ mỉ  tại IPP. Ở Garching, Tokamak ASDEX nâng cấp đang hoạt động và như ngày hôm nay, các Wendelstein 7-X stellarator đang hoạt động tại Greifswald.

Hiện nay, chỉ có tokamak được cho là có khả năng sản xuất nguồn cung cấp năng lượng plasma và đây là lò thử nghiệm quốc tế ITER, mà hiện tại đang được xây dựng ở Cadarache trong khu vực của  sự hợp tác trên toàn thế giới. Wendelstein 7-X, là thiết bị stellarator kiểu lò phản ứng tổng hợp lớn nhất thế giới sẽ không sản xuất năng lượng. Tuy nhiên, nó phải chứng minh rằng stellarators cũng có khả năng như là một nhà máy điện. Wendelstein 7-X sắp đặt đặc tính trạng thái của plasma cân bằng và nhốt plasma trong hộp kín gọi là tokamak cho lần đầu tiên. Và với thời gian hoạt động kéo dài 30 phút, các stellarator phải chứng minh lợi thế cơ bản của nó và có khả năng hoạt động liên tục. Ngược lại, tokamaks chỉ có thể hoạt động bằng xung mà không cần thiết bị phụ trợ.

Việc lắp ráp Wendelstein 7-X bắt đầu vào tháng 4 năm 2005: một chiếc vòng với 50 cuộn dây siêu dẫn, cao khoảng 3,5 mét, là một phần quan trọng của thiết bị. Hình dạng đặc biệt của chúng là kết quả của tính toán tối ưu hóa tinh chế được đưa ra bởi "Ban Stellarator lý thuyết", mà đã dành hơn mười năm tìm kiếm cái lồng từ mà là thiết bị cách nhiệt đặc biệt. Các cuộn dây được luồn vào vòng hình dòng plasma thép và được bọc bởi một lớp vỏ thép. Trong buồng chân không được tạo ra bên trong vỏ, các cuộn dây được làm lạnh xuống nhiệt độ siêu dẫn gần không độ tuyệt đối sử dụng heli lỏng. Khi bật chúng năng lượng tiêu thụ gần như bằng không. Các lồng từ đó mà họ đã tạo ra có thể giữ được 30 mét khối plasma siêu mỏng là đối tượng của cuộc nghiên cứu kỹ lưỡng – bên trong dòng plasma dạng huyền phù.

Chi phí đầu tư cho Wendelstein 7-X lên đến 370 triệu euro và được đáp ứng bởi chính phủ liên bang và tiểu bang, và cũng bởi EU. Các thành phần cấu thành được sản xuất bởi các công ty trên khắp Châu Âu. Đơn đặt hàng vượt quá 70.000.000 € được đặt tại các công ty trong khu vực. Nhiều cơ sở nghiên cứu trong và ngoài nước đã tham gia vào việc xây dựng các thiết bị. Trong khuôn khổ của Hiệp hội Helmholtz của Trung tâm Nghiên cứu Đức, Viện Công nghệ Karlsruhe đã chịu trách nhiệm về hệ thống gia nhiệt plasma bằng lò vi sóng; Trung tâm nghiên cứu Jülich xây dựng hệ thống đo lường và sản xuất các kết nối phức tạp cho các cuộn dây từ tính siêu dẫn. Lắp đặt được thực hiện bởi các chuyên gia của Viện Hàn lâm Khoa học Ba Lan ở Krakow. Các viện nghiên cứu nhiệt hạch Mỹ tại Princeton, Oak Ridge và Los Alamos đóng góp phần thiết bị cho Wendelstein 7-X gồm cuộn dây phụ trợ và các dụng cụ đo lường.

Gantner Instruments  đã phát triển đặc biệt các đầu đo cho đo nhiệt độ và đo biến dạng cho dự án Wendelstein 7-X Stellarator , đó là các thiết bị không có sẵn trên thị trường.




1. Module đo ghi dữ liệu nhiệt độ thấp A5-1CR e.bloxx
Đầu đo đông lạnh đặc biệt Cernox và TVOl  được sử dụng để đo nhiệt độ thấp, bắt đầu từ 3 Kelvin. Những cảm biến này có các đặc điểm đặc biệt với khoảng điện trở từ 3.000 đến 8.000 Ohms tại 3 Kelvin giảm xuống khoảng còn khoảng 30-100 Ohms ở nhiệt độ phòng.



2. Module đo lường A101IPP
Đặc biệt việc đo biến dạng ở nhiệt độ thấp với cấu hình cầu 1/2 đã được sử dụng để đo sức căng trên thân các cuộn dây siêu dẫn. Các kiến ​​thức thu được từ các thí nghiệm dẫn đến các yêu cầu mới liên tục đang được đặt ra trên các bộ khuếch đại đo lường trong suốt quá trình hợp tác dự án này.
Khi đầu đo đo biến dạng được đặt trong một từ trường mạnh với giá trị lên đến 6 Tesla, công nghệ tần số sóng mang được sử dụng ban đầu. Ở đây, tuy nhiên, kết quả của hiệu ứng micro dẫn đến rung động trong dòng đo (dòng điện chuyển động trong từ trường). Hơn nữa nó cũng là cần thiết ở đây để giảm thiểu tiêu thụ điện năng trên cầu ½. Giải pháp là một xung điện áp kích thích cầu với bộ lọc đặc biệt để đảm bảo tắt - bật mềm và do đó tỷ số dU/dt thấp.
Hàng loạt thử nghiệm đã gần như hoàn tất khi nó trở nên rõ ràng rằng các hợp kim đặc biệt với nguồn cung cấp cho lò plasma và kết quả là điện áp nhiệt điện tại các điểm tiếp xúc đạt gần mức tín hiệu điện áp của đầu đo biến dạng. Mục tiêu là sau đó để bù lại các điện áp nhiệt điện để đảm bảo đo biến dạng trung thực. Chu kỳ đo đã được thiết lập được bổ sung bao gồm đo đạc bổ sung cho đo điện áp nhiệt điện trong khi đo biến dạng tạm dừng và khi điện áp kích thích đã được tắt.




3. Module đo lường A107IPP
Thay đổi các Module A107IPP Q.bloxx để sử dụng cho khoảng 1000 điểm đo Pt100 khác nhau.
Các không gian cần thiết cũng là một yếu tố quan trọng đối với 2000 điểm đo. Với chiều rộng 25 mm, các modle A101IPP Q.bloxx gắn trên thanh rail cung cấp hai kênh đo và module A107IPP Q.bloxx cung cấp 4 kênh đo.
Các module được kết nối theo nhóm tới bộ điều khiển kiểm tra Q.gate theo đường truyền tốc độ cao giao diện RS485 nối tiếp. Ở đây tất cả dữ liệu sẽ được ghi đồng bộ, được cung cấp với một tín hiệu thời gian và gửi vào một máy chủ trên một thiết bị mạng phổ biến.
Các hệ thống đo lường hiện đang được lắp đặt; xu hướng thiết lập này kết hợp với lò phản ứng đã được đưa vào chương trình hoạt động thử nghiệm vào năm 2014.

Sử dụng lò phản ứng hạt nhân là phương pháp mới là nguồn năng lượng thân thiện với môi trường, có thể là một bước ngoặt quan trọng trong các cuộc thảo luận liên quan đến tăng nhu cầu năng lượng trong các nền kinh tế mới, các chất hữu hạn của nhiên liệu hóa thạch như các nguồn năng lượng và các vấn đề phúc tạp liên quan với lượng khí thải CO2.

Theo http://www.ipp.mpg.de/