Zatlačte na obálku fúzními magnety

David Fischer sedí vedle vakuové komory experimentu (osvětlené modře), ve které jsou namontovány vysokoteplotní supravodivé pásky pro ozáření protonem a měření transportního proudu in situ. Jeho laptop zobrazuje data získaná z těchto měření – základ pro stanovení kritického proudu. Fotografický kredit: Zoe Fisher

S Energetický kolega David Fischer ozařuje vysokoteplotní supravodivou pásku, aby otestoval její pružnost a připravil první pilotní fúzní zařízení.

“Kreslil jsem ve věku od 12 do 15 let;” Udělal jsem plány pro fúzní zařízení. “

David Fischer si pamatuje, jak vyrůstal ve Vídni a představoval si nejlepší způsob chlazení trouby, ve které je horká iontová polévka plazma ve fúzním zařízení zvaném tokamak. Vzhledem k tomu, že plazma je teplejší než jádro slunce ve vakuové komoře ve tvaru koblihu, jen pár metrů od těchto magnetů, přemýšlel, jaké teplotní rozsahy by bylo možné u různých chladiv.

“Nakreslil jsem tyto plány a ukázal jsem je svému otci,” vzpomíná. „Pak jsem nějak zapomněl na tento nápad sloučení.“

Fischer, který nyní začíná svůj druhý rok v MIT Plasma Science and Fusion Center (PSFC) jako postdoktorand a nový MIT Energy Fellow sponzorovaný Eni, se jasně spojil s „myšlenkou fúze“. A jeho výzkum se točí kolem konceptů, které ho jako teenagera zaujaly.

Fischerovy rané designy zkoumaly populární přístup k výrobě bezuhlíkové udržitelné fúzní energie známé jako „magnetické omezení“. Protože plazma reaguje na magnetická pole, je tokamak vybaven magnety, které udržují fúzující atomy v nádobě a od kovových stěn, kde by mohly způsobit poškození. Čím účinnější je magnetická izolace, tím stabilnější může být plazma a čím déle ji lze v zařízení držet.

Fischer pracuje na ARC, konceptu fúzního pilotního systému, ve kterém se ve fúzních magnetech používají tenké vysokoteplotní supravodivé pásky (HTS). HTS umožňuje mnohem vyšší magnetické pole, než by bylo možné u konvenčních supravodičů, což umožňuje kompaktnější design tokamaku. S HTS mohou být tavicí magnety provozovány také při vyšších teplotách, což podstatně snižuje potřebné chlazení.

Fischer se zvláště zajímá o to, jak zabránit zhoršení vazů HTS. Fúzní reakce vytvářejí neutrony, které mohou poškodit mnoho částí fúzního zařízení, přičemž nejvíce jsou ovlivněny komponenty nejblíže plazmě. Ačkoli supravodivé pásky mohou být až tři stopy od první stěny tokamaku, neutrony se k nim stále mohou dostat. Dokonce i ve sníženém počtu a poté, co ztratili většinu své energie, neutrony poškozují mikrostrukturu pásma HTS a v průběhu času mění vlastnosti supravodivých magnetů.

Hodně z Fischerova zaměření je na vlivu radiačního poškození na kritické proudy, což je maximální elektrický proud, který může protékat supravodičem bez odvádění energie. Pokud jsou kritické proudy příliš rozloženy ozářením, fúzní magnety již nemohou generovat vysoká magnetická pole, která jsou nutná pro zadržení a stlačení plazmy.

Fischer poznamenává, že je možné téměř úplně snížit poškození magnetů přidáním většího stínění mezi magnety a fúzní plazmu. To by však vyžadovalo více prostoru, což má v kompaktní fúzní elektrárně zásadní význam.

“Nemůžeš jen tak dát nekonečný štít mezi to.” Nejprve se musíte naučit, kolik poškození tento supravodič snáší, a poté určit, jak dlouho chcete, aby fúzní magnety vydržely. A pak kolem těchto parametrů navrhněte. “

Fischerovy zkušenosti s HTS pásky jsou založeny na studiu na Technické univerzitě ve Vídni. Během magisterského studia ve skupině fyziky nízkých teplot mu bylo řečeno, že je k dispozici pozice PhD pro výzkum radiačního poškození potažených vodičů, materiálů, které by mohly být použity ve fúzních magnetech.

Vzpomněl si na kresby, které sdílel se svým otcem, a pomyslel si: „Ach, to je zajímavé. K fúzi jsem byl přitahován před více než 10 lety. Jo, udělejme to. “

Výsledné studie účinků ozařování neutronů na vysokoteplotní supravodiče pro fúzní magnety, které byly prezentovány na japonském semináři, upoutaly pozornost profesora PSFC Zacha Hartwiga z Nuclear Science and Technology a Brandona Sorboma, vedoucího vědeckého oddělení Commonwealth Fusion Systems.

„Přilákal jsi mě dovnitř,“ směje se.

Sorbom stejně jako Fischer ve své vlastní disertační práci zkoumal vliv radiačního poškození na kritický proud pásek HTS. Žádný z vědců neměl příležitost studovat, jak se pásky chovají při ozařování při 20 Kelvinech, což je teplota, při které fungují fúzní magnety HTS.

Fischer nyní dohlíží na protonovou ozařovací laboratoř pro ředitele PSFC Dennise Whyteho. Staví zařízení, pomocí kterého může nejen ozařovat supravodiče při 20 K, ale také okamžitě měřit změny kritických proudů.

Je rád, že se vrátil do laboratoře NW13, láskyplně známé jako „The Vault“, která bezpečně spolupracuje se studentskými asistenty v programu Graduate and Undergraduate Research Opportunities Program. Během výluky Covid-19 mohl pracovat na programování měřicího softwaru z domova, ale chybělo mu každodenní spojení se svými kolegy.

„Atmosféra je velmi inspirativní,“ říká a upozorňuje na některé otázky, které jeho práce v poslední době nastolila. „Jak ovlivňuje teplotu záření? Jaké jsou mechanismy pro kritickou degradaci toku? Mohli bychom navrhnout HTS pásky odolnější vůči záření? Existuje nějaký způsob, jak vyléčit radiační poškození? “

Fischer může mít příležitost prozkoumat některé ze svých otázek, když se připravuje na koordinaci plánování a návrhu nového zařízení pro ozařování neutronů na MIT.

„Je to pro mě skvělá příležitost,“ říká. „Je skvělé mít nyní na starosti projekt a vidět, že mu lidé věří, že bude fungovat.“

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Proč jsou metody distribuce vakcín COVID-19 krátké + 3 způsoby, jak je vylepšit

Objevilo se několik návrhů, jak distribuovat COVID-19 vakcíny, ale nezajistí spravedlivé rozdělení vakcíny. Tým, který zahrnuje Nicole Hassoun, profesorku na Binghamton University, navrhuje...

Obstrukční spánková apnoe je běžná u lidí s kognitivními poruchami – je léčitelná

Léčitelná porucha spánku, která je běžná u lidí s poruchami myšlení a paměti. K obstrukční spánkové apnoe dochází, když je během spánku dýchání opakovaně přerušováno....

Kvantové tunelování v grafenu posouvá éru vysokorychlostní bezdrátové komunikace Terahertz

Kvantové tunelování. Půjčka: Tisková kancelář Daria Sokol / MIPT Vědci z MIPT, Moskevské státní pedagogické univerzity a univerzity v Manchesteru vyvinuli velmi citlivý terahertzový...

Využití vibračních molekul ke studiu vlnových vlastností hmoty

Molekulární ionty HD + (páry žlutých a červených bodů) v iontové pasti (šedé) jsou ozářeny laserovou vlnou (červená). To vede k kvantovým skokům,...

Kampaň NASA SnowEx kopání hluboko v roce 2021

Měření sněhu se může zdát jednoduché, ale každé prostředí představuje pro přístroje jedinečné výzvy. Například sněžení v lesích se zachytává na větvích nebo...

Newsletter

Subscribe to stay updated.