Pengembangan magnet permanen untuk menyederhanakan desain stellarator terus maju

Pengembangan magnet permanen untuk menyederhanakan desain stellarator terus maju


Pengembangan magnet permanen untuk menyederhanakan desain stellarator terus maju

  • Kredit: Kolase dan foto Zhu dan Hammond oleh Elle Starkman. Foto Landreman oleh Faye Levine.

    Dari atas: Fisikawan Caoxiang Zhu dan Ken Hammond dari PPPL dan Matt Landreman dari University of Maryland, dengan ilustrasi desain bintang dengan magnet permanen.


Ilmuwan di Laboratorium Fisika Plasma Princeton Departemen Energi (DOE) AS (DOE) sedang membuka jalan untuk penyederhanaan radikal stellarators – perangkat fusi berkelok-kelok yang dirancang untuk menangkap dan mengontrol energi fusi yang menggerakkan matahari dan bintang di Bumi. Konsep baru tersebut akan menggunakan magnet permanen yang mirip dengan yang ada di pintu lemari es, tetapi jauh lebih kuat, untuk menghasilkan sebagian besar medan magnet yang membatasi gas plasma super panas yang memicu reaksi fusi. Magnet semacam itu akan menghilangkan kumparan magnet yang bengkok, bagian paling kompleks dan mahal dari sebuah bintang, yang berputar mengelilingi plasma seperti garis-garis pada tiang pangkas.

“Apa yang kami lakukan adalah menambahkan cara baru untuk membuat medan magnet,” kata fisikawan David Gates, pemimpin tim PPPL yang mengembangkan konsep radikal. “Jika kami berhasil, itu adalah dasar untuk stellarator baru yang dapat dibangun tanpa investasi besar-besaran dalam kumparan kompleks dan dapat diatur ke jalur menuju energi fusi berbiaya rendah.” Pemrakarsanya adalah Michael Zarnstorff, kepala ilmuwan di PPPL, Steve Cowley, direktur PPPL, dan Per Helander, yang mengunjungi PPPL dari Institut Max Planck untuk Fisika Plasma di Greifswald, Jerman.

Bisa membuktikan revolusioner

Penggunaan magnet permanen terbukti revolusioner, kata Cowley. “Jika berhasil, penerapan magnet dapat secara tajam mengurangi biaya dan mempercepat datangnya energi fusi.”

Fusi, kekuatan yang menggerakkan matahari dan bintang, menggabungkan unsur-unsur cahaya dalam bentuk plasma – keadaan materi panas dan bermuatan yang terdiri dari elektron bebas dan inti atom – yang menghasilkan energi dalam jumlah besar. Ilmuwan di seluruh dunia menggunakan tokamaks, stellarator, dan fasilitas lainnya dalam upaya mereproduksi fusi di Bumi untuk pasokan listrik yang aman dan bersih yang hampir tidak ada habisnya untuk menghasilkan listrik.

Tim Gates telah menerbitkan tiga makalah baru-baru ini di jurnal Nuclear Fusion yang dibangun di atas satu sama lain dan meletakkan dasar untuk stellerator magnet permanen. Makalah keempat oleh kolaborator PPPL yang diterima jurnal Plasma Physics and Controlled Fusion mengambil pandangan alternatif pada masalah utama. Konsep utama:

• Membuka pintu. Makalah ini oleh fisikawan PPPL Caoxiang Zhu mengadaptasi metode desain yang ada untuk dengan cepat mendapatkan pengaturan magnet permanen yang akan dipasang tegak lurus dengan stellarator tempat mereka dipasang.

• Peningkatan kecanggihan. Makalah kedua Zhu mengembangkan perangkat lunak numerik untuk mengoptimalkan posisi dan orientasi magnet permanen untuk menghasilkan medan magnet. Metode ini menghasilkan model yang lebih canggih dari makalah sebelumnya dan desain teknik yang lebih layak.

• Membuat magnet. Makalah ini oleh fisikawan PPPL Ken Hammond mempertimbangkan cara untuk memotong magnet menjadi bentuk yang dapat dikerjakan oleh para insinyur. Temuan tersebut menghasilkan masukan untuk alat numerik yang disebutkan di atas. Rekan penulis makalah ini dan yang sebelumnya termasuk insinyur PPPL Tom Brown, Keith Corrigan dan Marc Sibilia.

• Metode lain. Sebuah makalah baru oleh Fisikawan Universitas Maryland Matt Landreman mendemonstrasikan teknik alternatif untuk mengatur magnet permanen untuk mengontrol plasma. Makalah, dengan Zhu dari PPPL sebagai penulis bersama, melihat secara rinci di mana harus menempatkan magnet, seberapa besar seharusnya, dan ke mana mereka harus menunjuk.

Tim PPPL sekarang mengalihkan perhatiannya ke proyek tiga tahun untuk merancang dan membangun prototipe untuk bagian dari stellarator magnet permanen yang akan menunjukkan bentuk yang tepat dari bidang yang dapat dibuat magnet. SABR Enterprises, sebuah perusahaan North Andover, Massachusetts, yang mengkhususkan diri dalam membangun rakitan magnet permanen, akan mengembangkan magnet dalam kemitraan dengan PPPL. (Lihat kisah pendanaan.) Membantu desain adalah Universitas Auburn, yang memiliki program bintang kecil sendiri.

Stellarator lengkap

Proyek tiga tahun ini dapat diikuti dengan desain dan konstruksi stellarator magnet permanen lengkap. Fasilitas tersebut dapat mencakup komponen dari National Compact Stellarator Experiment (NSCX) yang belum selesai, yang konstruksi PPPLnya dihentikan pada tahun 2008 setelah pembengkakan biaya.

Juga sedang berlangsung di laboratorium adalah pembangunan bintang meja berskala kecil dengan magnet permanen yang sedang dibangun oleh seorang mahasiswa pascasarjana Universitas Princeton dengan insinyur PPPL dan peneliti Laboratorium paruh waktu. Tujuan perangkat meja, yang sedang dikembangkan di bawah pengawasan Kepala Ilmuwan Zarnstorff, adalah untuk menunjukkan bahwa magnet permanen dapat secara akurat membuat bidang pembentuk plasma.

Bagi Gates, keberhasilan pengembangan proyek timnya akan mendemonstrasikan metode sederhana untuk menciptakan medan magnet stellarator. “Kami memiliki gagasan yang sangat spesifik tentang bagaimana proyek kami akan berjalan,” katanya. “Ada risiko tertentu dalam melakukan hal-hal yang belum pernah Anda lakukan sebelumnya dan kami ingin menghilangkan risiko tersebut. Kami ingin membuat magnet ini dan kami pikir kami bisa, dan setelah selesai, kami dapat beralih ke perangkat magnet permanen berikutnya. ”

PPPL, di Kampus Forrestal Universitas Princeton di Plainsboro, NJ, dikhususkan untuk menciptakan pengetahuan baru tentang fisika plasma – gas bermuatan ultra-panas – dan untuk mengembangkan solusi praktis untuk penciptaan energi fusi. Laboratorium dikelola oleh Universitas. untuk DOE Office of Science, yang merupakan pendukung terbesar penelitian dasar dalam ilmu fisika di Amerika Serikat dan bekerja untuk mengatasi beberapa tantangan paling mendesak di zaman kita. Untuk informasi lebih lanjut, kunjungi energy.gov/science.

Diposting Oleh : http://54.248.59.145/

About the author