1056 Sekunden! Chinas „künstliche Sonne“ EAST stellt neuen Rekord für längste Entladung auf

Am Abend des 30. Dezember 2021 wurde der Weltrekord für den längsten Hochtemperaturplasmabetrieb der Tokamak-Anlage erneut gebrochen!

Chinas „künstliche Sonne“ EAST erreichte erfolgreich einen 1056 Sekunden langen Pulsbetrieb mit hochparametrischem Plasma und brach damit seinen eigenen Rekord der längsten Entladung von 411 Sekunden (der ursprüngliche Rekord wurde am 27. Juni 2012 aufgestellt), und die Betriebszeit überschritt zum ersten Mal den vierstelligen Bereich!

Bildquelle: China Science Expo

Wie kam es zur neuen Platte? Was bedeutet das? Mitglieder des wissenschaftlichen Forschungsteams von EAST werden es Ihnen sagen.

Teil 1

Lassen Sie mich zunächst den Rekordspieler vorstellen – EAST

„Künstliche Sonne“ ist ein gängiger Begriff für „Kernfusionsreaktionsgerät“. Sie wird als künstliche Sonne bezeichnet, da ihr Reaktionsprinzip dem der Sonne entspricht. Der Zweck der Erforschung künstlicher Sonne besteht darin, die Energiekrise zu lösen, vor der die Menschheit steht.

Im Allgemeinen ahmt die kontrollierte Kernfusion das Prinzip der Energieerzeugung durch die Sonne nach, mit dem Ziel, einen stetigen Strom sauberer Energie mit extrem hoher Effizienz zu erzeugen. Basierend auf den aktuellen theoretischen Grundlagen gibt es mehrere Möglichkeiten, eine kontrollierte Kernfusion zu erreichen, und Tokamak ist eine davon. Die vollständig supraleitende Tokamak-Kernfusions-Experimentieranlage in Hefei, kurz EAST, ist eine der wichtigsten Experimentalplattformen für die Kernfusionsforschung weltweit.

Auf keinen Fall, auf keinen Fall, es gibt niemanden, der nicht weiß, was EAST ist?

Teil 2

Über 1000 Sekunden Entladung, aufregender Moment

Am 30. Dezember um 21:55 Uhr startete EAST das 106915. Entladeexperiment. Das Ziel dieser Entladung besteht darin, einen ultralangen Hochtemperaturplasmaimpuls von mehr als 1000 Sekunden zu erzeugen. Die voreingestellte Entladedauer beträgt 1057 Sekunden. Bei Erfolg wäre das ein neuer Weltrekord. Mit Ablauf des 60-Sekunden-Countdowns war das Plasma erfolgreich aufgebaut und der rauscharme Stromantrieb sowie das Elektronenzyklotron konnten anschließend stabil in Betrieb genommen werden.

Live-Entladung in der Kontrollhalle OST

(Bildquelle: vom Autor bereitgestellt)

Danach folgte eine lange Wartezeit. Fast 18 Minuten lang starrten alle auf den Hauptkontrollbildschirm und warteten gespannt auf die Geburt eines neuen Rekords. Einige Kollegen griffen sogar zu ihren Mobiltelefonen, um diesen aufregenden Moment festzuhalten. Um 22:14 Uhr gelang eine sanfte Landung des Plasmas und die Dauer auf dem Bildschirm fror schließlich bei 1056,66 Sekunden ein. Der längste Entladungsrekord eines über 1.000 Sekunden langen, ultralangen Hochtemperaturplasmas war geboren und von allen Seiten ertönte herzlicher Applaus.

1056 Sekunden ultralange Impulsentladung

(Bildquelle: vom Autor bereitgestellt)

Teil 3

Erstmals über 1000 Sekunden dauernder Durchbruch, der drei große wissenschaftliche Probleme in den Griff bekommt

Mit diesem Experiment hat EAST zum ersten Mal die 1.000-Sekunden-Marke überschritten. Um erfolgreich ein 1.000 Sekunden langes Hochtemperaturplasma mit ultralangen Pulsen zu erzeugen, müssen zahlreiche wissenschaftliche Probleme bewältigt werden. Die wichtigsten davon sind: völlig induktionsfreie Stromansteuerung, Recycling und Verunreinigungskontrolle, Wärme- und Partikelentladung usw.

Erstens beruht der Betrieb von Plasma mit ultralangen Pulsen auf einem Antrieb mit Radiofrequenzwellenströmen. EAST verwendet hauptsächlich Radiofrequenzwellenheizung. Es handelt sich um die einzige Anlage weltweit, die über die gleiche Heizmethode wie der Internationale Thermonukleare Versuchsreaktor (ITER) verfügt und am besten in der Lage ist, einen Hochleistungsbetrieb mit langen Impulsen auf der Zeitskala des Teilchengleichgewichts zu erreichen. Dieses Mal wurde das 1056 Sekunden lange Pulsplasma erhalten, und sowohl der rauscharme Stromantrieb als auch der Elektronenzyklotronantrieb von EAST erreichten eine vollständige Nachführung, was wichtige Garantien bot.

EAST ist eine der fortschrittlichsten Versuchsanlagen zur Kernfusion weltweit.

(Bildquelle: vom Autor bereitgestellt)

Zweitens ist auch die Frage der Verunreinigungskontrolle sehr kritisch. Mit zunehmender Betriebsdauer führt die Wechselwirkung zwischen Plasma und Wand zu einer großen Explosion von Verunreinigungen. In diesem Experiment unterdrückte das EAST-Team die Verunreinigungen durch Lithiuminjektion, um die Realisierung langer Impulse zu gewährleisten.

Darüber hinaus kommt es mit zunehmender Zeit auch zu einer großen Wärme- und Partikelansammlung, die effektiv abgeführt werden muss. Das fortschrittliche Divertordesign von EAST löst dieses Problem erfolgreich.

Die verbesserte innere Vakuumkammer von EAST

(Hier läuft Plasma)

Teil 4

Mehr als 1.000 Sekunden Blick hinter die Kulissen, kollaborative Operationen

Als wissenschaftliches Großprojekt ist EAST ein systematisches Projekt. Hinter dem Durchbruch des 1000 Sekunden langen Ultralangpuls-Hochtemperaturplasmas steht der koordinierte Betrieb mehrerer Systeme.

Darunter ist die Lösung des Problems der magnetischen Messsignaldrift erwähnenswert. Eine genaue magnetische Messung ist die Grundlage der Plasmagleichgewichtskontrolle. Jeder kleine Messfehler kann sich nach 1000 Sekunden Akkumulation so weit verstärken, dass er die Steuerung des Plasmas beeinträchtigt. Zu Beginn dieser Versuchsrunde führten die Plasmakontrollgruppe, die elektromagnetische Messgruppe und die experimentelle Betriebsgruppe des EAST-Teams relevante Tests und Optimierungsarbeiten zum Problem der magnetischen Messsignaldrift durch. Nach vielen Untersuchungen und Verbesserungen entwickelte die Arbeitsgruppe ein passendes Gewichtsmodell, um die Signaldrift genau abzuleiten und die Genauigkeit der Plasmasteuerung über lange Zeiträume sicherzustellen.

Optimierung des EAST-Magnetmesssystems

Teil 5

1000+ Sekunden sind das Ziel und der Ausgangspunkt

EAST ist das weltweit erste vollständig supraleitende Tokamak-Versuchsgerät mit nicht kreisförmigem Querschnitt, das von meinem Land unabhängig entworfen und gebaut wurde. Es verfolgt drei wichtige wissenschaftliche Ziele: 1 Billion Ampere Plasmastrom, 100 Millionen Grad Hochtemperaturplasma und 1000 Sekunden Betriebszeit.

EAST-Gerät

Das 2006 gebaute EAST-Gerät betrieb 2010 einen Plasmastrom von 1 Megaampere, erzeugte 2018 erstmals ein Hochtemperaturplasma von 100 Millionen Grad und erreichte im Mai 2021 erfolgreich einen wiederholbaren Plasmabetrieb bei 120 Millionen Grad Celsius für 101 Sekunden und 160 Millionen Grad Celsius für 20 Sekunden (Wie stellte Chinas „künstliche Sonne“ einen weiteren Weltrekord auf?

https://mp.weixin.qq.com/s/9bXJcquNPFcQ5lJTiMYFrw) und bis Ende 2021 eine Betriebszeit von über 1000 Sekunden erreichen. Die drei großen wissenschaftlichen Ziele wurden unabhängig voneinander erreicht.

Am 28. November 2010 lief bei EAST ein Plasmastrom von 1 mA (34128)

Am 11. Juli 2018 erhielt EAST erstmals ein Plasma mit einer Elektronentemperatur von über 100 Millionen Grad Celsius (78841)

Bei der Morgenbesprechung am 31. Dezember fasste der Forscher Gong Xianzu, der Generaldirektor des EAST-Experimentbetriebs, zusammen: „Die Erfolge gehören der Vergangenheit an. 1000 Sekunden sind ein Etappenziel und ein neuer Ausgangspunkt.“ Die Freude über den Erfolg ist noch nicht verflogen und alle Mitglieder des EAST-Teams haben sich in neue Experimente gestürzt und arbeiten weiterhin hart für das nächste experimentelle Ziel.

Bisher hat sich EAST insgesamt mehr als 100.000 Mal entladen. Dabei ist jede Aufzeichnung wie ein tiefer Fußabdruck, der jeden Schritt auf dem Weg meines Landes zur Entwicklung und Nutzung der Fusionsenergie aufzeichnet. Auf diesem Weg gibt es nur ein Ziel: „Die erste Lampe der Fusionsenergie in China anzuzünden.“ Wir glauben, dass wir immer das Ende erreichen werden.

Produziert von: Science Popularization China

Produziert von: Wang Teng

Einheit: Institut für Plasmaphysik, Hefei Institutes of Physical Science, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Hersteller: Computer Network Information Center, Chinesische Akademie der Wissenschaften

(Die in diesem Artikel angegebenen Bilder mit Quellenangabe wurden autorisiert)

Der Artikel gibt nur die Ansichten des Autors wieder und repräsentiert nicht die Position der China Science Expo

Dieser Artikel wurde zuerst in der China Science Expo (kepubolan) veröffentlicht.

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