in den Vor-Dämmerungstunden des Sept. Am 5. Mai 2021 erreichten Ingenieure einen wichtigen Meilenstein in den Labors des MIT Plasma Science and Fusion Center (psfc), als eine neue Art von Magneten, die aus hochtemperaturen supraleitendem Material hergestellt wurde, einen Weltrekord für die Magnetfeldstärke von 20 Tesla für einen großräumigen
Der Test wurde sofort als erfolgreich erklärt, da er alle Kriterien für das Design des neuen Fusionsgeräts, Sparc genannt, erfüllt hatte, für das die Magnete die Schlüsseltechnologie sind. Champagnerkorkeln platzten, als das müde Team der Experimentatoren, das lange und hart gearbeitet hatte, um die Leistung möglich zu
Aber das war noch lange nicht das Ende des Prozesses. In den folgenden Monaten zerriss das Team die Komponenten des Magneten, untersuchte und analysierte die Daten von Hunderten von Instrumenten, die Details der Tests aufzeichneten, und führte zwei weitere Testläufe mit dem gleichen Magneten durch, schließlich drückte
Die Ergebnisse dieser Arbeiten haben nun in einem detaillierten Bericht von Forschern von PSFC und MIT Spinout Company Commonwealth Fusion Systems (CFS) geklärt, der in einer Sammlung von sechs Peer-Review-Papieren in einer Sonderedition der März-Ausgabe vonieee Transaktionen mit angewandter Supraleitung. zusammen beschreiben die Arbeiten die Konstruktion und Herstellung des Magneten und die zur Bewertung seiner Leistung erforderlichen Diagnosegeräte sowie die daraus gewonnenen Erkenntnisse. Insgesamt stellte das Team fest, dass die Vorhersagen und die Computermodellierung zutreffend waren und bestätigten, dass die einzigartigen Konstruk
die praktische Fusionsenergie ermöglicht
Der erfolgreiche Test des Magneten, sagt der Ingenieurprofessor Dennis Whyte, der kürzlich als Direktor des PSFC zurücktrat, war "meiner Meinung nach das Wichtigste in den letzten 30 Jahren der Fusionsforschung".
Vor dem Sept. 5 der beste verfügbaren supraleitenden Magnete waren leistungsfähig genug, um möglicherweise Fusionsenergie zu erzielen, aber nur bei Größen und Kosten, die niemals praktisch oder wirtschaftlich praktikabel sein könnten. Als die Tests dann zeigten, dass ein solch starker Magnet bei einer stark reduzierten Größe prakt
"Die Fusion hat jetzt eine Chance", fügt Whyte hinzu. Tokamaks, das am häufigsten verwendete Design für experimentelle Fusionsgeräte, "haben meiner Meinung nach die Chance, wirtschaftlich zu sein, weil man mit den bekannten Regeln der Fusionsphysik eine Quantenänderung in der Fähigkeit hat, die Größe
Die umfassenden Daten und Analysen aus dem Magnettest der psfcs, wie in den sechs neuen Papieren detailliert dargelegt, haben gezeigt, dass die Pläne für eine neue Generation von Fusionsgeräten die von MIT und cfs entwickelte sowie ähnliche Konstruktionen anderer kommerzieller Fusionsunternehmen
der Supraleiterdurchbruch
Fusion, der Prozess, bei dem leichte Atome zu schwereren kombiniert werden, versorgt die Sonne und die Sterne mit Energie. Die Nutzung dieses Prozesses auf der Erde hat sich jedoch als eine gewaltige Herausforderung erwiesen, denn viele Jahrzehnte harter Arbeit und viele Milliarden Dollar wurden für experimentelle Ger
Aber um es zu funktionieren, muss der Brennstoff bei außergewöhnlich hohen Temperaturen und Drücken komprimiert werden, und da kein bekanntes Material solch hohen Temperaturen standhalten kann, muss der Brennstoff durch extrem starke Magnetfelder aufrecht erhalten werden. Die Produktion solcher starken Felder erfordert suprale
Die neue Rebco-Materie unterscheidet sich außerordentlich von der vorherigen Generation von Supraleitern. Man wird nicht nur anpassen und ersetzen, man wird von Grund auf innovativ sein.Transaktionen mit angewandter SupraleitungDie Kommission hat die Kommission aufgefordert, die in diesem Bericht beschriebenen Maßnahmen zu prüfen.
eine Schlüsselinnovation: keine Isolierung
Eine der dramatischen Neuerungen, die viele andere auf dem Gebiet skeptisch gegenüber ihren Erfolgschancen hatten, war die Beseitigung der Isolierung um die dünnen, flachen Bänder von supraleitendem Band, das den Magnet bildete. Wie praktisch alle elektrischen Drähte sind herkömmliche supraleitende Mag
als wir dieses Projekt begannen, sagen wir 2018, war die Technologie, hochtemperaturbedingte Supraleiter zur Herstellung von großflächigen Hochfeldmagneten zu verwenden, in den Kinderschuhen, sagt Zach Hartwig, der Robert N. Noyce Professor für Karriereentwicklung an der Abteilung für Kernwissenschaft
die Standardart, wie man diese Magnete baut, ist, den Leiter zu wickeln und zwischen den Wickeln Isolierung zu haben, und man braucht Isolierung, um mit den hohen Spannungen umzugehen, die bei außergewöhnlichen Ereignissen wie einem Herunterfahren erzeugt werden. die Isolationss
Die Magnetenversammlung ist eine etwas kleinere Version derjenigen, die die donutförmige Kammer des Sparc Fusion Geräts bilden werden, das jetzt von CFS in Devens, Massachusetts, gebaut wird. Sie besteht aus 16 Platten, die Pancakes genannt werden, von denen jede eine Spiralwicklung des supraleitenden Band
Dies war der erste Magnet in ausreichendem Maßstab, der wirklich untersuchte, was mit der Konzeption, dem Bau und dem Testen eines Magneten mit dieser sogenannten Isolierungsschutztechnologie verbunden ist, sagt Hartwig. Es war eine große Überraschung für die Gemeinschaft, als wir ankündig
bis an die Grenze zu drängen... und darüber hinaus
Der erste Test, der in früheren Arbeiten beschrieben wurde, erwies, dass der Design- und Herstellungsprozess nicht nur funktionierte, sondern auch sehr stabil war etwas, an dem einige Forscher zweifelten. Die nächsten beiden Testläufe, die auch Ende 2021 durchgeführt wurden, drängten das Gerät dann an die Grenze,
Teil der Mission des Testprogramms, sagt Hartwig, war eine Vollmagneten-Skala absichtlich zu löschen, damit wir die kritischen Daten in der richtigen Skala und den richtigen Bedingungen erhalten können, um die Wissenschaft voranzutreiben, um die Designcodes zu validieren, und dann den Magnet auseinanderzunehmen
Die Ergebnisse des Tests, der mit dem Schmelzen einer Ecke eines der 16 Pfannkuchen endete, ergaben eine Fülle neuer Informationen, sagt Hartwig. Zum einen hatten sie verschiedene Rechenmodelle verwendet, um die Leistung verschiedener Aspekte der Magnetleistung zu entwerfen und vorherzusagen, und zum größten Teil stimm
die hochfiduziellen Modelle, die wir fast genau vorhergesagt hatten, wie sich der Magnet erwärmen würde, in welchem Maße er sich erwärmen würde, wenn er zu löschen begann, und wo die daraus resultierende Schädigung des Magneten sein würde, sagt er. Wie in einem der neuen Berichte
whyte sagt, im Grunde haben wir absichtlich das Schlimmste an einer Spule getan, nachdem wir alle anderen Aspekte der Spule durchgeführt hatten. und wir fanden heraus, dass der größte Teil der Spule ohne Schaden überlebte, während ein isolierter Bereich etwas geschmolzen ist. es ist wie ein paar Prozent
Hartwig betont, dass ein Hauptgrund dafür, dass das Team in der Lage war, ein so radikal neues Rekordmagnet-Design zu realisieren, und es schon beim ersten Mal und in einem halsbrechenden Zeitplan richtig zu machen, dem tiefen Maß an Wissen, Fachwissen und Ausrüstung zu verdanken ist, das
Die Zusammenarbeit mit cfs war ebenfalls entscheidend, sagt er, mit MIT und cfs kombinieren die mächtigsten Aspekte einer akademischen Institution und privaten Unternehmen, um Dinge zusammen zu tun, die keiner von ihnen allein hätte tun können. zum Beispiel war einer der wichtigsten Beiträge von cfs die Nutzung der Macht eines privaten Unternehmens, um
Die Integration der beiden Teams, MIT und CFS, sei ebenfalls entscheidend für den Erfolg gewesen, sagt er.
