IPP开发2兆瓦回旋管升级W7-X

Max Planck等离子体物理研究所（IPP）昨日宣布，正在开发2兆瓦回旋管，用作Wendelstein 7-X（W7-X）的主要等离子体加热系统。

W7-X位于IPP，是目前世界上最大的超导仿星器装置。该项目开展的研究旨在填补开发基于仿星器的电站所需的关键知识和技术空白。

目前，11个输出功率在0.6兆瓦至1.3兆瓦之间的回旋管通过一种称为电子回旋共振加热（ECRH）的过程加热等离子体。回旋管产生的微波频率与在等离子体中运动的电子频率相匹配，从而实现能量传递。

根据IPP的一个网页，W7-X的第二次实验（于2017-2018年进行）使用了10个回旋管，为等离子体提供了最高约7.5兆瓦的功率。为了实现该装置达到反应堆相关等离子体参数的目标，需要更高的功率。

这个名为“高功率微波束”（HiPMiB）的项目旨在建造最大功率为2兆瓦的回旋管，并用其替换现有的回旋管。

IPP的HiPMiB项目经理Heinrich Laqua表示，尽管W7-X配备了离子回旋共振加热和中性束注入来加热等离子体，但ECRH是“最重要的加热方法”。

“我们估计将需要高达30兆瓦的总加热功率，”他说。“预计ECRH将提供其中的大部分，中性粒子加热贡献的部分要小得多。”

W7-X目前有12个回旋管安装位。出于经济原因，团队选择替换现有回旋管，而不是增加新的安装位。

“每增加一个新的回旋管安装位，无论其功率输出如何，都将花费约1000万欧元。我们将需要一座新建筑、额外的传输隧道以及高压电源的大规模扩建。因此，如果我们为现有槽位开发更强大的回旋管，就能节省大量成本，”Laqua说。

据IPP称，ECRH对于未来的电站应用尤其重要，因为向电子传递能量“创造的条件与电站等离子体中的条件非常相似”。此外，回旋管技术具有良好的放大能力。微波传输效率非常高，因此回旋管可以安装在仿星器建筑外部——因为微波传输效率很高——并且等离子体容器内的天线能够承受严苛的反应堆条件。

合作努力：IPP正与Karlsruhe理工学院（KIT）、Stuttgart大学和Thales合作开展HiPMiB项目。据IPP称，德国联邦研究部提供了600万欧元的资助。

IPP表示，KIT正致力于在实验室设计和测试用于短脉冲的高功率回旋管，包括用于回旋管谐振腔壁面热传递的微通道冷却技术，预计该壁面将承受每平方米约20兆瓦的极高热负荷。

Thales将制造一台输出功率为2兆瓦的演示样机，适用于半小时的脉冲持续时间。Stuttgart大学和IPP则专注于利用反射镜将微波从回旋管准光学传输到W7-X真空室的技术。

“这个复杂的项目计划在三年内完成，这是非常雄心勃勃的，”Laqua说。

国际伙伴关系：美国在W7-X方面有着长期的合作历史。5月，DOE宣布了一项为期10年的项目协议，以继续这项工作。

“自2015年产生第一束等离子体以来，我们与DOE的合作一直是我们在W7-X取得重大成功的关键因素。我们很高兴能够继续我们的联合工作，”IPP科学主任Sibylle Günter说。