Os experimentos de plasma no dispositivo de fusão Wendelstein 7-X no Instituto Max Planck de Física do Plasma (IPP) em Greifswald, Alemanha, foram retomados após um intervalo de conversão de 15 meses. A extensão tornou o dispositivo adequado para maior poder de aquecimento e pulsos mais longos. Isso agora permite que o conceito otimizado do Wendelstein 7-X seja testado. Wendelstein 7-X, o maior dispositivo de fusão do mundo do tipo stellarator, é investigar sua adequação para uma usina de energia.

Além de novas instalações de aquecimento e medição, acima de 8, 000 ladrilhos de grafite e dez módulos de divertor foram instalados no vaso de plasma desde março do ano passado, ou seja, o final programado da primeira fase de experimentação. Este revestimento é para proteger as paredes do vaso e permitir temperaturas mais altas e descargas de plasma com duração de 10 segundos em experimentos futuros.

Uma função especial é exercida aqui pelas dez seções do divertor:Como tiras largas na parede do vaso de plasma, os ladrilhos do divertor se adaptam exatamente ao contorno de torção da borda do plasma. Assim, protegem especialmente aquelas áreas da parede para as quais as partículas que escapam da borda do anel de plasma são especificamente direcionadas. Junto com as impurezas indesejadas, as partículas de impacto são neutralizadas e bombeadas. O divertor é, portanto, uma ferramenta importante para regular a pureza e a densidade do plasma.

O predecessor menor, o stellarator Wendelstein 7-AS no IPP em Garching, já havia produzido resultados encorajadores em testes de divertor. Mas não até o sucessor muito maior, Wendelstein 7-X em Greifswald, as condições de geometria chegaram ao tamanho da usina, particularmente a relação entre a área do divertor e o volume do plasma. "Estamos, portanto, muito entusiasmados por podermos, pela primeira vez, investigar se o conceito de divertor de um stellarator otimizado pode realmente funcionar corretamente", diz o professor chefe do projeto Thomas Klinger. Esses testes desempenharão um papel importante:muitas investigações detalhadas verificarão cuidadosamente como guiar o plasma e quais estruturas de campo magnético e métodos de aquecimento e reabastecimento são mais bem-sucedidos.

Os instrumentos de medição recém-alistados também permitirão a observação da turbulência no plasma pela primeira vez:Os pequenos redemoinhos envolvidos influenciam o sucesso do confinamento magnético e do isolamento térmico do plasma quente, sendo estes parâmetros importantes para uma futura usina, porque eles determinam o tamanho da planta e, portanto, seu mérito econômico. "Pela primeira vez, poderemos verificar se as previsões teóricas promissoras para um stellarator totalmente otimizado estão corretas. Em comparação com dispositivos anteriores, Espera-se que Wendelstein 7-X produza bastante novo, possivelmente ainda melhor, condições ", diz Thomas Klinger.

Como todos os dez transmissores de micro-ondas para o aquecimento de micro-ondas do plasma estão, entretanto, prontos para uso, isso permitirá um maior fluxo de energia e plasmas de maior densidade. Agora será possível aumentar a energia para 80 megajoules, uma vez que todas as versões do aquecimento por micro-ondas tenham sido abordadas e testadas, em comparação com 4 megajoules em 2016. A densidade de plasma bastante baixa até agora pode ser mais do que dobrada para atingir os valores que atendem aos requisitos da usina.

Isso tem consequências significativas:primeiro, a densidade do plasma deve ser suficiente para permitir que elétrons e íons troquem energia de maneira eficaz. Anteriormente, o aquecimento por micro-ondas só foi capaz de aquecer essencialmente apenas os elétrons. Em vez de elétrons quentes com 100 milhões de graus e íons frios com 10 milhões de graus, como até agora os elétrons e íons no novo plasma terão temperaturas quase iguais de até 70 milhões de graus. Isso também deve melhorar o isolamento térmico do plasma. Considerando que até então era apenas a média superior em relação ao tamanho do dispositivo, o efeito da otimização do Wendelstein 7-X agora deve se tornar visível:"Está ficando muito empolgante", afirma Thomas Klinger.

Fundo

O objetivo da pesquisa de fusão é desenvolver uma usina de energia favorável ao clima e ao meio ambiente. Como o sol, é derivar energia da fusão de núcleos atômicos. Como o fogo de fusão não acende até que temperaturas superiores a 100 milhões de graus sejam atingidas, o combustível, viz. um plasma de hidrogênio de baixa densidade, não deve entrar em contato com as paredes dos vasos frios. Confinado por campos magnéticos, ele levita dentro de uma câmara de vácuo quase sem contato.

A gaiola magnética de Wendelstein 7-X é formada por um anel de 50 bobinas magnéticas supercondutoras com cerca de 3,5 metros de altura. Suas formas especiais são o resultado de cálculos sofisticados de otimização. Embora Wendelstein 7-X não se destine a produzir energia, o dispositivo deve provar que stellarators são adequados para usinas de energia. Pela primeira vez, a qualidade do confinamento de plasma em um stellarator é atingir o nível de dispositivos concorrentes do tipo tokamak.

Para este propósito, estágios adicionais de modificação estão sendo planejados. Por exemplo, as placas de grafite do divertor devem ser substituídas em alguns anos por elementos de carbono reforçados com fibra de carbono que são adicionalmente resfriados com água. Isso permitirá descargas com duração de até 30 minutos nos quais pode ser testado se o Wendelstein 7-X atingirá suas metas de otimização no longo prazo:Desta forma, o dispositivo é para demonstrar a vantagem essencial dos stellarators, viz. sua capacidade de operação contínua.