I morgon bitti. Den 5 mars 2021 nådde ingenjörer en viktig milstolpe i laboratorierna vid MITs plasma science and fusion center (psfc), när en ny typ av magnet, tillverkad av högtemperaturs superledande material, uppnått en världsrekord magnetfältstyrka på 20 tesla för en storskalig magnet. Det är den
Testet förklarades omedelbart framgångsrikt, eftersom det hade uppfyllt alla kriterier för att designa den nya fusionsanordningen, som kallas Sparc, för vilken magneterna är den viktigaste möjliggörande tekniken. Champagnepropparna sprängde när det trötta teamet av experimentatorer, som hade arbetat länge och hårt
Men det var långt ifrån slutet av processen. Under de följande månaderna rev teamet sönder och inspekterade magnetens komponenter, granskade och analyserade data från hundratals instrument som registrerade detaljer om testningarna, och utförde två ytterligare testkörningar på samma magnet, som slutligen drev den till brytpunkten för att lära sig detaljerna om eventu
Samtliga dessa studier har nu kulminerat i en detaljerad rapport av forskare vid PSFC och MIT, som publicerats i en samling av sex granskade artiklar i en specialutgåva av marsutgåvan avIeee transaktioner för tillämpad superledande. tillsammans beskriver papperen magnetens design och tillverkning och den diagnostiska utrustning som behövs för att utvärdera dess prestanda, samt de lärdomar som man fått av processen. Sammantaget fann forskargruppen att förutsägelserna och datormodelleringen var exakta, vilket bekräftar att magnetens unika konstruktionselement kan fungera som grund för
som möjliggör praktisk fusionskraft
Det framgångsrika testet av magneten, säger HITACHI USA ingenjörsprofessorn Dennis Whyte, som nyligen avgått som chef för PSFC, var "den viktigaste saken, enligt min åsikt, under de senaste 30 åren av fusionsforskning".
-Först innan sept. I den första demonstrationen var de bästa tillgängliga superledande magneterna tillräckligt kraftfulla för att potentiellt uppnå fusionsenergi, men endast till storlekar och kostnader som aldrig kunde vara praktiska eller ekonomiskt lönsamma. När testningarna visade att en så stark magnet var praktiskt användbar vid en mycket minskad storlek, förändrade det i princip kostnaden
nu har fusionen en chans, tillägger Whyte. Tokamaks, den mest använda konstruktionen för experimentella fusionsanordningar, har enligt min mening en chans att vara ekonomisk eftersom du har en kvantförändring i din förmåga, med de kända reglerna för inneslutningsfysik, att kunna minska stor
De omfattande uppgifterna och analyserna från psfcs magnettest, som beskrivs i de sex nya dokumenten, har visat att planer för en ny generation av fusionsanordningar den som MIT och cfs har utformat, liksom liknande konstruktioner av andra kommersiella fusionsföretag bygger på en solid vetenskaplig grund.
Den superledande genombrottet
Fusion, processen att kombinera lätta atomer för att bilda tyngre, driver solen och stjärnorna, men att utnyttja den processen på jorden har visat sig vara en skrämmande utmaning, med årtionden av hårt arbete och många miljarder dollar spenderade på experimentella enheter. Det länge sökta, men ännu inte uppnådda målet är
Men för att få det att fungera krävs att bränslet komprimeras vid extremt höga temperaturer och tryck, och eftersom inget känt material kan motstå sådana temperaturer måste bränslet hållas på plats av extremt starka magnetfält. För att producera sådana starka fält krävs superledande magneter, men alla tidigare fusionsmag
Det är inte bara en fråga om att ersätta det i befintliga magnetdesign. Istället var det en omarbetning från grunden av nästan alla principer som man använder för att bygga superledande magneter, säger Whyte.Transaktioner avseende tillämpad superledandeDet är därför viktigt att vi har en gemensam strategi för att förbättra den.
En nyhet: ingen isolering
En av de dramatiska innovationer, som hade många andra inom området skeptiska om dess chanser till framgång, var att eliminera isolering runt de tunna, platta band av supraledande band som bildade magneten. Som praktiskt taget alla elektriska ledningar är konventionella supraledande magneter helt skyddade av isolerande material för att förhind
När vi startade detta projekt, till exempel 2018, var tekniken för att använda högtemperatursupraledande för att bygga storskaliga magneter i hög fält i sin linda, säger Zach Hartwig, professor i kärnvetenskap och teknik vid Robert N. Noyce. Hartwig har en anställning vid PSFC och är chef för dess ingenjörsgrupp
det vanliga sättet att bygga dessa magneter är att du rullar i ledaren och har isolering mellan rullarna, och du behöver isolering för att hantera de höga spänningar som genereras under onormala händelser som en avstängning. att eliminera isoleringsskikterna, säger han, har fördelen att vara
Magneten är en mindre version av den som kommer att bilda donutformad kammare i den sparkfusionsenhet som nu byggs av CFS i Devens, Massachusetts. Den består av 16 plattor, kallade pannkakor, var och en med en spiral av superledande band på ena sidan och kylkanaler för heliumgas på den
Men den isoleringsfria designen ansågs riskfylld och mycket hängde på testprogrammet. det här var den första magneten i tillräcklig skala som verkligen undersökte vad som krävs för att designa, bygga och testa en magnet med denna så kallade isoleringsfria, vridfria teknik, säger Hartwig. det var en
- och bortom gränsen.
Det första testet, som beskrivs i tidigare artiklar, visade att design- och tillverkningsprocessen inte bara fungerade utan var mycket stabil något som vissa forskare hade tvivlat på. De två följande provkörningarna, också utförda i slutet av 2021, drev sedan enheten till gränsen genom att avsiktligt skapa instabila förhållanden, inklusive en fullständig av
En del av uppdraget med testprogrammet, säger Hartwig, var att faktiskt gå iväg och avsiktligt släcka en fullskalig magnet, så att vi kan få de kritiska uppgifterna i rätt skala och de rätta förutsättningarna för att främja vetenskapen, att validera designkoderna, och sedan att ta magneten isär och se vad som
Det slutliga testet, som slutade med att ett hörn av en av de 16 pannkakorna smälte, gav en mängd ny information, säger Hartwig. För det första hade de använt flera olika beräkningsmodeller för att utforma och förutsäga prestandan hos olika aspekter av magnetens prestanda, och för det mesta var modellerna överens om sina
de högsta tillförlitlighetsmodellerna som vi hade förutsagt nästan exakt hur magneten skulle värmas upp, i vilken grad den skulle värmas upp när den började släcka, och var skulle den resulterande skadan på magneten vara, säger han. som beskrivs i detalj i en av de nya rapporterna, det testet berätt
Whyte säger, "I grund och botten gjorde vi det värsta möjligt med en spole, med flit, efter att vi testat alla andra aspekter av spolets prestanda. och vi fann att det mesta av spolet överlevde utan skador, medan ett isolerat område upplevde lite smältning.
Hartwig betonar att en viktig anledning till att teamet kunde uppnå en så radikal ny rekordbyggnad av magneter, och få det rätt första gången och på ett halsbristande schema, var tack vare den djupa kunskap, expertis och utrustning som ackumulerats under decennier av drift av Alcator C-mod Tokamak, Francis Bit
Samarbete med cfs var också viktigt, säger han, med MIT och cfs kombinerar de mest kraftfulla aspekterna av en akademisk institution och privat företag att göra saker tillsammans som ingen av dem kunde ha gjort på egen hand. till exempel, ett av de stora bidragen från cfs var att utnyttja kraften hos ett privat företag att etablera och
Integrationen av de två teamen, MIT och CFS, var också avgörande för framgången, säger han.
