Levitiertes Dipol-Experiment - Levitated Dipole Experiment
| Levitiertes Dipol-Experiment | |
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 Ein Bild der LDX-Kammer am 25. Januar 2010
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| Gerätetyp | Schwebender Dipol |
| Ort | Cambridge , Massachusetts , Vereinigte Staaten |
| Zugehörigkeit | MIT Plasma Wissenschafts- und Fusionszentrum |
| Technische Spezifikationen | |
| Hauptradius | 0,34 m (1 ft 1 in) |
| Geschichte | |
| Betriebsjahr (e) | 2004 - 2011 |
| Verwandte Geräte | Kollisionsfreies Terrella-Experiment (CTX) |
| Links | |
| Webseite | Die Levitations Dipole eXperiment Website |
Das Levitierte Dipol-Experiment ( LDX ) war ein Experiment, das die Erzeugung von Fusionskraft unter Verwendung des Konzepts eines schwebenden Dipols untersuchte . Das Gerät war das erste seiner Art, das das Konzept des schwebenden Dipols testete, und wurde vom US-Energieministerium finanziert . Die Maschine war auch Teil einer Zusammenarbeit zwischen dem MIT Plasma Science and Fusion Center und der Columbia University , wo sich ein weiteres schwebendes Dipolexperiment befand, das Collisionless Terrella Experiment (CTX).
LDX stellte den Betrieb im November 2011 ein, als die Finanzierung durch das Energieministerium endete, da die Ressourcen für die Tokamak- Forschung umgeleitet wurden .
Konzept und Entwicklung
Das Konzept des schwebenden Dipols als Fusionsreaktor wurde erstmals 1987 von Akira Hasegawa theoretisiert . Das Konzept wurde später 1997 von Jay Kesner vom MIT und Michael Mauel von der Columbia University als Experiment vorgeschlagen . Das Paar stellte ein Team zusammen und sammelte Geld für baue die Maschine. Sie erreichten das erste Plasma am Freitag, den 13. August 2004 um 12:53 Uhr. Das erste Plasma wurde durch (1) erfolgreiches Schweben des Dipolmagneten und (2) HF- Erhitzen des Plasmas durchgeführt. Das LDX-Team hat seitdem mehrere Levitationstests erfolgreich durchgeführt, einschließlich einer 40-minütigen Suspension der supraleitenden Spule am 9. Februar 2007. Kurz darauf wurde die Spule bei einem Kontrolltest im Februar 2007 beschädigt und im Mai 2007 ersetzt. Die Ersatzspule war minderwertig, ein kupfergewickelter Elektromagnet, der ebenfalls wassergekühlt war. Wissenschaftliche Ergebnisse, einschließlich der Beobachtung einer nach innen gerichteten turbulenten Quetschung, wurden in Nature Physics berichtet .
Die Maschine
Der Dipol
Dieses Experiment benötigte einen ganz besonderen frei schwebenden Elektromagneten, der das einzigartige Magnetfeld "Toilettenschüssel" erzeugte. Das Magnetfeld bestand ursprünglich aus zwei gegengewickelten Stromringen. Jeder Ring enthielt ein 19-adriges Niob-Zinn- Rutherford-Kabel (üblich bei supraleitenden Magneten). Diese schlangen sich in einem Inconel- Magneten herum ; Ein Magnet, der aussah wie ein übergroßer Donut. Der Donut wurde mittels Induktion geladen . Nach dem Aufladen erzeugte es ungefähr 8 Stunden lang ein Magnetfeld. Insgesamt wog der Ring 450 Kilogramm und schwebte 1,6 Meter über einem supraleitenden Ring. Der Ring erzeugte ungefähr ein 5-Tesla-Feld. Dieser Supraleiter war in einem flüssigen Helium eingeschlossen, das den Elektromagneten unter 10 Kelvin hielt . Dieses Design ähnelt dem D20-Dipolexperiment in Berkeley und dem RT-1-Experiment an der Universität von Tokio.
Kammer
Der Dipol wurde in einer pilzförmigen Vakuumkammer aufgehängt, die einen Durchmesser von etwa 5 Metern und eine Höhe von etwa 3 Metern hatte. Am Boden der Kammer befand sich eine Ladespule. Diese Spule wird verwendet, um den Dipol mittels Induktion aufzuladen . Die Spule setzt den Dipol einem variierenden Magnetfeld aus. Als nächstes wird der Dipol in die Mitte der Kammer angehoben. Dies kann mit Unterstützungen oder über das Feld selbst erfolgen. Um die Außenseite dieser Kammer herum befanden sich Helmholtz-Spulen , mit denen ein gleichmäßiges umgebendes Magnetfeld erzeugt wurde. Dieses externe Feld würde mit dem Dipolfeld interagieren und den Dipol suspendieren. In diesem umgebenden Feld bewegte sich das Plasma. Das Plasma bildet sich um den Dipol und in der Kammer. Das Plasma wird durch Erhitzen eines Niederdruckgases gebildet. Das Gas wird unter Verwendung einer Hochfrequenz erhitzt, wobei das Plasma im Wesentlichen in einem 17-Kilowatt-Feld mikrowellengeeignet wird.
Die Diagnose
Die Maschine wurde unter Verwendung einer Diagnose überwacht, die für die gesamte Fusion ziemlich normal war. Diese enthielten:
- Eine Flussschleife . Dies ist eine Drahtschleife. Das Magnetfeld geht durch die Drahtschleife. Da sich das Feld innerhalb der Schleife änderte, erzeugte es einen Strom. Dies wurde gemessen und aus dem Signal wurde der magnetische Fluss gemessen.
- Ein Röntgendetektor. Diese Diagnose maß die emittierten Röntgenstrahlen. Daraus wurde die Temperatur der Plasmen ermittelt. In der Maschine befanden sich vier davon, die jeweils entlang einer Schnur (oder einer Leitung) in der Maschine gemessen wurden. Dieser Detektor war gut zum Messen von Elektronen geeignet, typischerweise um 100 Elektronenvolt. Das gesamte Plasma verliert Energie, indem es Licht emittiert. Dies deckt das gesamte Spektrum ab: sichtbar, IR, UV und Röntgen. Dies tritt immer dann auf, wenn ein Partikel aus irgendeinem Grund die Geschwindigkeit ändert . Wenn der Grund die Ablenkung durch ein Magnetfeld ist, ist die Strahlung Zyklotronstrahlung bei niedrigen Geschwindigkeiten und Synchrotronstrahlung bei hohen Geschwindigkeiten. Wenn der Grund die Ablenkung durch ein anderes Teilchen ist, strahlt Plasma Röntgenstrahlen aus, die als Bremsstrahlung bekannt sind.
- Eine Röntgenkamera. Dies kann Röntgenstrahlen mit niedrigerer Energie lesen.
- Eine konventionelle Videokamera
- Eine emittierende Langmuir-Sonde . Eine Langmuir-Sonde ist ein Draht, der in einem Plasma steckt und die umgebenden geladenen Teilchen absorbiert. Sie können die Spannung an diesem Kabel variieren. Wenn sich die Spannung ändert, ändern sich die absorbierten geladenen Teilchen und bilden eine IV- Kurve. Dies kann gelesen und verwendet werden, um die Dichte und Temperatur des nahe gelegenen Plasmas zu messen.
- Eine dreifache Langmuir-Sonde
- Ein Dutzend Langmuir-Sonden gruppiert
Verhalten
Einzelteilchen korkenziehen entlang der Feldlinien und fließen um den Dipol-Elektromagneten. Dies führt zu einer riesigen Einkapselung des Elektromagneten. Wenn Material durch das Zentrum läuft, steigt die Dichte an. Dies liegt daran, dass viel Plasma versucht, sich durch einen begrenzten Bereich zu quetschen. Hier finden die meisten Fusionsreaktionen statt. Dieses Verhalten wurde als turbulente Prise bezeichnet.
In großen Mengen bildete das Plasma zwei Schalen um den Dipol: eine Hülle mit niedriger Dichte, die ein großes Volumen einnimmt, und eine Hülle mit hoher Dichte, die näher am Dipol liegt. Dies wird hier gezeigt. Das Plasma war ziemlich gut eingefangen. Es gab eine maximale Beta-Zahl von 0,26. Ein Wert von 1 ist ideal.
Betriebsarten
Es wurden zwei Betriebsarten beobachtet:
- Austausch heißer Elektronen: eine geringere Dichte, hauptsächlich Elektronenplasma.
- Ein konventionellerer magnetohydrodynamischer Modus
Diese wurden von Nicholas Krall in den 1960er Jahren vorgeschlagen .
Tritiumunterdrückung
Bei der Deuteriumfusion (dem billigsten und einfachsten Fusionsbrennstoff) hat die Geometrie des LDX den einzigartigen Vorteil gegenüber anderen Konzepten. Durch die Deuteriumfusion entstehen zwei Produkte, die mit nahezu gleicher Wahrscheinlichkeit auftreten:
In dieser Maschine konnte das sekundäre Tritium teilweise entfernt werden, eine einzigartige Eigenschaft des Dipols. Eine andere Brennstoffwahl ist Tritium und Deuterium. Diese Reaktion kann bei niedrigeren Temperaturen und Drücken durchgeführt werden. Es hat jedoch mehrere Nachteile. Erstens ist Tritium weitaus teurer als Deuterium. Dies liegt daran, dass Tritium selten ist. Es hat eine kurze Halbwertszeit, die es schwierig macht, es herzustellen und zu lagern. Es wird auch als gefährliches Material angesehen, daher ist die Verwendung aus Gesundheits-, Sicherheits- und Umweltgründen problematisch. Schließlich produzieren Tritium und Deuterium schnelle Neutronen, was bedeutet, dass jeder Reaktor, der es verbrennt, eine starke Abschirmung erfordern würde.