NSTX-U中央磁体束交付 推动聚变研究关键进展
摘要
普林斯顿等离子体物理实验室接收了用于NSTX-U聚变装置的中央磁体束，标志着该装置进入关键组装阶段。这个校车大小的磁体束由西班牙制造，包含环向场和欧姆加热系统，将用于稳定和加热聚变等离子体。NSTX-U采用独特的球形托卡马克设计，有望更经济地产生聚变等离子体。研究人员计划用其探索商业聚变发电的最佳条件和技术，支持美国聚变能源产业发展。安装调试工作正在进行，实验预计2027年启动。
普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)最近报告称，用于国家球形托卡马克实验升级装置(NSTX-U)的中央磁体束已送达位于新泽西州的实验室设施。这个校车大小、重达23,000磅的磁体束由西班牙毕尔巴鄂的Elytt Energy公司制造，包含一个环向场磁体系统和一个欧姆加热磁体系统。
PPPL主任史蒂文·考利对该事件表示：“NSTX-U具有世界上其他等离子体装置所不具备的能力，它将在决定商业聚变的未来方面发挥关键作用。这确实是一个值得庆祝的时刻。”
球形托卡马克设计：PPPL工程副主任兼NSTX-U项目主任戴夫·米凯莱蒂称磁体束的交付“确实是一个重要时刻。现在我们完全专注于完成机器重新组装，并将这个装置推向世界。”
该磁体束的环向场磁体系统创造了大部分用于稳定和约束聚变反应所需的高压等离子体的磁场。其欧姆加热磁体系统通过产生流过等离子体的电流来加热等离子体。
NSTX-U的“去核苹果”设计是球形托卡马克的典型特征，理论上将使该装置能够以比“环形”托卡马克更少的能量和更低的成本产生聚变等离子体。
研究人员计划使用NSTX-U来确定能够最有效产生商业聚变电力的燃料条件、测量技术、整体系统形状和AI控制工具。这项研究可能揭示球形托卡马克作为聚变电站的性能。
PPPL高级管理研究物理学家斯特凡·格哈特说：“我很激动地看到磁体束被运入它将投入使用的建筑。这是多年工作的结晶，我渴望开始进行一些科学研究！”
NSTX-U的研究还将有助于推进美国能源部的聚变科学与技术路线图，该路线图“旨在以最快速、可靠的时间表推动美国新兴聚变产业走向成熟”。这条路线图制定了“到21世纪30年代中期的行动和里程碑目标，为支持有竞争力的美国聚变能源产业提供科学技术基础。”
NSTX-U中央磁体束交付给PPPL。（照片：Michael Livingston/PPPL）
磁体束放置在PPPL聚变研究与技术中心的倾斜夹具上。（照片：Michael Livingston/PPPL）
带有耐热碳瓦的金属保护壳被放置在NSTX-U旁边的预备空间。（照片：Michael Livingston/PPPL）
将金属保护壳放置在磁体束周围后，它将被通过NSTX-U顶部的圆形开口降至球形托卡马克内部。（照片：Michael Livingston/PPPL）
剩余工作：下一步是安装磁体束，这个过程首先需要在磁体束周围降低一个高高的保护壳。该保护壳由一个镶有耐热碳瓦的金属外壳制成，将保护磁体免受等离子体强烈热量的影响。然后，一台起重机将抬起有屏蔽的磁体束越过屏障墙，通过NSTX-U顶部的圆形开口将其降至装置内部，在那里它将被固定到位。
安装后，磁体束的电源将通过72个马蹄形柔性总线连接，这将使其能够与真空容器外的磁体系统其他部分连接。
随后将开展的其他工作包括安装冷却系统软管、真空容器瓦片和烘烤系统，该系统将加热内部组件以去除可能干扰等离子体运行的不必要元素。
运行开始前的最后一步将是调试过程，届时NSTX-U将进行全面测试以确保所有系统协调工作。NSTX-U的实验预计将于2027年开始。