七月初日の夜明け前 2021年5月5日,エンジニアは,高温超伝導物質で作られた新しいタイプの磁石が,大規模な磁石のための世界記録の磁場強度20テスラを達成したときに,ミットスプラマ科学・融合センター (psfc) の研究室で重要な里程碑を達成しました. これは,実質的に無限の発電量を生成
スパークと呼ばれる新しい融合装置の設計に 設定されたすべての基準を満たしたため 試験は即座に成功と宣言されました 磁石は技術的な鍵です 実験を可能にするために 長時間懸命に働いた 疲れた実験者のチームが 達成したことを祝うと シャンパンコックが鳴りました
しかし,それはまだプロセスが終わってはいませんでした. その後数ヶ月間,チームは磁石の部品を分解し,検査し, 詳細を記録した何百もの機器からデータを分析し,
この研究が,PCSと MITのスピンアウト企業であるCommonwealth Fusion Systems (CFS) の研究者による詳細な報告書に結束し,適用された超伝導性に関する取引論文は,磁石の設計と製造とその性能を評価するために必要な診断機器,そしてその過程から得た教訓をまとめて説明しています. 全体的に,チームは予測とコンピュータモデリングが正しかったことを発見し,磁石のユニークな設計要素が核融合発電所の基盤として機能できることを確認しました.
核融合発電の実現
磁石の試験が成功したと言うところ 最近PSFCのディレクターから辞任した エンジニアリングのデニス・ウィート教授は "私の意見では 過去30年の核融合研究の最も重要なこと"でした
シェフが 来る前に 実験では,最も優れた超伝導磁石が 核融合エネルギーを生み出すのに十分強力であったが,実際や経済的に実行可能でない大きさやコストでのみであった.
実験的な融合装置の最も広く使用されているデザインであるトカマックは,私の意見では, 原子核融合を可能にする物体の大きさとコストを大幅に削減できるという 既知の閉じ込め物理法則による 量子変化が実現したので, 経済的になるチャンスがあります.
6つの新しい論文に詳細に記載されているpsfcs磁石試験の包括的なデータと分析は,新しい世代の核融合装置の計画― MITとcfsが設計した装置,その他の商業的な核融合企業の類似設計―が科学的基礎の上に構築されていることを示しています.
超伝導の突破
核融合は,軽い原子を組み合わせて重い原子を形成するプロセスで,太陽と星を動かす.しかし,地球上でそのプロセスを活用することは,何十年もかけて努力し,実験装置に何十億ドルも費やした結果,非常に困難な課題であることが証明されています.長い間求められていた,しかしまだ達成されていない目標は,消費するエネルギーよりもより多くのエネルギーを生産する核
しかし,その動作には,燃料を異常な高温と圧力で圧縮する必要がある.そして,既知の材料は,そのような温度に耐えられないので,燃料は非常に強力な磁場によって保持されなければならない.そのような強い場を生産するには超伝導磁石が必要ですが,以前のすべての融合磁石は,絶対零度 (4ケルビン,または-270センチメートル
超伝導磁石の設計に 置き換えることではなく, 超伝導磁石の設計に 基本から使った原理を 改造したものです. この新しいリボコ材料は 前世代の超伝導磁石と 極めて異なっています. 単に適応して置き換えることではなく,適用された超伝導性に関する取引特許保護が施行された今,その再設計プロセスの詳細を説明します.
重要な革新:隔熱がない
磁石を構成する超伝導テープの薄く平坦なリボン周りの隔熱を排除した. 普通の超伝導磁石は,電線を完全に隔離する材料で完全に保護されています. しかし新しい磁石では,テープは完全に裸のまま残りました. エンジニアは,電流を材料を通って流すために
原子核科学・工学科のロバート・N・ノイス・キャリア開発教授であるザック・ハートウィッグは,このプロジェクトを始めたとき,例えば2018年,高温超伝導体を利用して大規模な高場磁石を製造する技術はまだ初期段階だったと言います. ハートウィッグはPSFCで共同雇用があり,磁石開発
電磁石を製造する標準的な方法は,電導体を巻き込み,巻き込みの間には隔熱があり,シャットダウンなどの異常な出来事で発生する高電圧に対処するために隔熱が必要です.隔熱層を排除すると,彼は言います.
マサチューセッツ州デベンズで現在CFSが製造している スパーク融合装置のドーナットの形状の部屋を構成する磁石組成は 少し小さいバージョンです 16枚のプレートから構成され パンケーキと呼ばれます それぞれに一方には超伝導テープの渦巻き巻きと もう一方にはヘリウムガスのための冷却チャ
これは,このいわゆる無絶縁無扭曲技術で磁石を設計,構築,テストする際に実際に何が関わっているかを探査した十分なスケールで最初の磁石でした.ハートウィッグは言います.それは無絶縁コイルであることを発表したとき,コミュニティにとって非常に驚きました.
限界まで押し上げ... そしてさらに
前回の論文で説明された最初のテストでは,設計と製造プロセスは機能するだけでなく非常に安定していることが証明されました. いくつかの研究者が疑っていたことです. 次の2回のテストは2021年末にも行われました. その後,故意に不安定な条件を作り出し,完全に切断され,大惨事的な過熱につながる可能性があります. 消化として知られる,これは機器を破壊
ハートウィグによると テストプログラムのミッションの一部は 完全に電磁石を消し去ることでした 適切なスケールで 重要なデータと 適切な条件を得て 科学を進めるために 設計コードを検証し 磁石を分解して 何が間違えたのか なぜ間違えたのか そして それを修正するための 次の繰り返しを どうするか ということです
16個のパンケーキの片隅が溶け終えた最終テストは 新たな情報を生み出したと ハートウィッグは言います. まず,彼らは磁石の性能の様々な側面のパフォーマンスを設計し予測するために,いくつかの異なる計算モデルを使用しており,ほとんどの場合,モデルは全体的な予測で一致し,一連のテストと現実世界の測定によってよく検証されました. しかし,消化
磁石がどのように熱くなるか, 消えるにつれてどの程度熱くなるか, そして磁石にどのような損傷が起こるかを予測した. 新しいレポートの1つで詳細に説明されているように,
基本的に,我々はコイルに可能な最悪のことを意図的にしました. コイル性能の他の側面をテストした後. そして,コイルの大半は損傷なく生き残ったことがわかりました. 一方,ある孤立したエリアは,いくつかの溶融を持続しました. それはコイルの容量の数パーセントのようなものです.
ハートウィグは,チームがこのような急進的な新しい記録的な磁石設計を成し遂げ,最初から,そして急激なスケジュールでそれを正しく達成できた主な理由は,アルカターC-モッドトカマックの数十年にわたる運用,フランシス・ミッター磁石研究所,およびPSFCで実施された他の作業で蓄積された深い知識
例えば,cfsの主要な貢献の一つは,プロジェクトで最も重要な材料の前例のないレベルとスケールで供給チェーンを確立し拡大するための民間企業の力を活用することでした: 高温超伝導体300キロメートル (186マイル) を1年以内に厳格な品質管理で調達し,スケジュール内に磁石に統合しました.
MITとCFSの2つのチームとの統合も成功の鍵だった"と語る.
