1.3千兆焦耳运行8分钟，德国核聚变装置仿星器Wendelstein 7-X达成新里程碑
原创 哈尔鲍曼9000 科学剃刀
格赖夫斯瓦尔德的Wendelstein 7-X实验大厅。聚变设施是世界上最现代化和最大的仿星器。图片来源：MPI für Plasmaphysik / Jan Hosan
在 2022 年秋季成功重新调试后，格赖夫斯瓦尔德核聚变实验已经超过了一个重要目标。2023 年，目标是 1 吉焦耳的能源周转。现在，研究人员甚至达到了1.3千兆焦耳，并在Wendelstein 7-X上创造了放电时间的新记录：热等离子体可以保持八分钟。
在去年夏天结束的为期三年的完工工作中，Wendelstein 7-X主要配备了墙体元件的水冷和升级的加热系统。后者现在可以将两倍的功率耦合到等离子体中。从那时起，核聚变实验可以在新的参数范围内进行。
“我们现在正在探索通往更高能量值的方法，”格赖夫斯瓦尔德马克斯普朗克等离子体物理研究所（IPP）仿星器传输和动力学部门负责人Thomas Klinger教授博士解释说。“在这样做的过程中，我们必须一步一步地进行，以免超载和损坏设施。
2023 年 2 月 15 日，研究人员达到了一个新的里程碑：他们首次能够在该设备中实现 1.3 吉焦耳的能量周转。这比转换前达到的最佳值（75兆焦耳）高出17倍。能量周转由耦合的加热功率乘以放电持续时间得出。只有当能够将大量能量连续耦合到等离子体中并去除产生的热量时，发电厂才有可能运行。
等离子体放电持续八分钟
特别耐热的偏滤器挡板用于消散文德尔施泰因 7-X 的最大热流。它们是内壁的一部分，自设备完工以来，内壁现在由6.8公里的水管系统冷却。目前世界上没有其他聚变设施拥有如此全面冷却的内壁。
等离子体加热由三部分组成：新安装的离子加热、中性束注入加热和射频加热。对于目前的记录，电子微波加热系统特别重要，因为它在几分钟的时间内提供大量功率。
1.3千兆焦耳的能量周转是在平均加热功率为2.7兆瓦的情况下实现的，放电持续了480秒。这也是文德尔施泰因7-X的新纪录，也是全球最佳价值之一。在完成工作之前，Wendelstein 7-X在低得多的加热功率下实现了100秒的最大等离子体时间。
在几年内，计划将Wendelstein 7-X的能量周转增加到18千兆焦耳，然后等离子体保持稳定半小时。
核聚变的背景
聚变研究的目标是开发气候和环境友好的发电厂。与太阳类似，它是从原子核的聚变中产生能量。马克斯·普朗克等离子体物理研究所正在探索磁聚变的道路。由于聚变至少要在温度高于1亿度时发生，因此燃料 - 一种薄的氢，氘等离子体 - 不得与冷容器壁接触。
它由磁场保持，几乎无接触地漂浮在真空室内。文德尔施泰因 7-X 的磁笼由 50 个超导磁线圈组成的环组成。它是一种仿星器类型的设施，其中线圈的特殊形状是复杂优化计算的结果。在这些线圈的帮助下，仿星器中的等离子体约束质量应达到竞争托卡马克型设施的水平。
原标题：《『1.3千兆焦耳，运行8分钟，德国核聚变装置仿星器Wendelstein 7-X达成新的里程碑》