Το ITER διορθώνει το πρόβλημα με τον υπεραγωγό για γιγαντιαίους μαγνήτες
Οι επιστήμονες έχουν επιλύσει ένα τεχνικό πρόβλημα με τους γιγάντιους υπεραγώγιμους μαγνήτες του αντιδραστήρα σύντηξης ITER που απείλησε την προγραμματισμένη ολοκλήρωση του έργου το 2020.
Αφού οι δοκιμές έδειξαν ότι ο εγκεκριμένος σχεδιασμός για τα υπεραγώγιμα καλώδια έδειξε σημάδια υποβάθμισης πολύ σύντομα, τα δείγματα από έναν κατασκευαστή των ΗΠΑ με διαφορετικό σχεδιασμό τα πήγαν καλύτερα. Όμως, η Ιαπωνία, ο εταίρος του ITER που είναι υπεύθυνος για την κατασκευή του καλωδίου, ακολούθησε τον δικό της δρόμο και ανέπτυξε μια φθηνότερη εναλλακτική που φαίνεται να σημαδεύει όλα τα κουτάκια. "Είναι εντελώς σταθερό. Είμαι πεπεισμένος ότι το πρόβλημα έχει λυθεί πλήρως", λέει ο τεχνικός διευθυντής του ITER Rem Haange.
Το ITER, ένα διεθνές έργο υπό κατασκευή στη Γαλλία, στοχεύει να δείξει ότι είναι δυνατή η παραγωγή ενέργειας με τη σύντηξη ισοτόπων υδρογόνου μεταξύ τους, όπως συμβαίνει στον ήλιο και τα αστέρια. Το καύσιμο υδρογόνου, με τη μορφή πλάσματος, πρέπει να θερμανθεί στους 150 εκατομμύρια°C περίπου. Ο έλεγχος του σε αυτή την κατάσταση απαιτεί τεράστιους και ισχυρούς υπεραγώγιμους ηλεκτρομαγνήτες.
Ο αγωγός που προκαλεί προβλήματα είναι για την κεντρική ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, μια στοίβα έξι πηνίων ύψους 13,5 μέτρων στο κέντρο του αντιδραστήρα. Το κεντρικό σωληνοειδές λειτουργεί σαν το πρωτεύον ενός γιγάντιου μετασχηματιστή, δημιουργώντας ένα μαγνητικό πεδίο 13 tesla το οποίο προκαλεί ρεύμα πλάσματος 15 εκατομμυρίων amp γύρω από τον αντιδραστήρα σε σχήμα ντόνατ, γνωστό ως tokamak. Για την παραγωγή ενός τέτοιου πεδίου, η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα χρειάζεται 43 χιλιόμετρα υπεραγώγιμου καλωδίου, κατασκευασμένου από μια ένωση νιοβίου και κασσίτερου (Nb3 Sn).
Η κατασκευή της εύθραυστης ένωσης είναι πολύπλοκη. Το νιόβιο και ο κασσίτερος πρέπει να τυλιχτούν μαζί σε ξεχωριστά νήματα και μόλις το πηνίο τυλιχτεί στο τελικό του σχήμα, θερμαίνεται για να αντιδράσουν το νιόβιο και ο κασσίτερος στην υπεραγώγιμη ένωση. Ο χαλκός περιλαμβάνεται επίσης ως μέτρο ασφαλείας σε περίπτωση που το Nb3 Το Sn χάνει ξαφνικά τις υπεραγώγιμες ιδιότητές του και το ρεύμα χρειάζεται κάπου να διαρρεύσει.
Δείγματα καλωδίων που κατασκευάστηκαν στην Ιαπωνία σύμφωνα με το σχέδιο ITER δοκιμάστηκαν στα τέλη του 2010 στις εγκαταστάσεις SULTAN στο Ινστιτούτο Paul Scherrer στο Villigen της Ελβετίας. Οι μαγνήτες ITER πρέπει να είναι σε θέση να αντέξουν 60.000 κύκλους ρεύματος πάνω-κάτω κατά τη διάρκεια ζωής του αντιδραστήρα, αλλά τα καλώδια δείγματος άρχισαν να υποβαθμίζονται μετά από 6000 κύκλους. Το πρόβλημα φαινόταν να είναι με τα υψηλά μηχανικά φορτία που ασκούνται στα μεμονωμένα νήματα των καλωδίων. Εναλλακτικά καλώδια από τον προμηθευτή των ΗΠΑ δοκιμάστηκαν στα τέλη του 2011 για 10.000 κύκλους και έδειξαν πολύ χαμηλότερα επίπεδα υποβάθμισης.
Αυτό το δείγμα κατασκευάστηκε χρησιμοποιώντας μια διαφορετική μέθοδο, γνωστή ως "εσωτερικός κασσίτερος", ενώ οι Ιάπωνες είχαν χρησιμοποιήσει τη διαδικασία "χάλκινου". Οι Ιάπωνες προμηθευτές δεν είχαν εμπειρία με την εσωτερική διαδικασία κασσίτερου, έτσι αποφασίστηκε να παραμείνουν στη διαδικασία του μπρούντζου και να γίνουν άλλες βελτιώσεις.
Τον περασμένο Νοέμβριο και τον Δεκέμβριο δύο Ιάπωνες προμηθευτές έβαλαν δείγματα στο SULTAN. Η βασική καινοτομία ήταν ένα "μικρό βήμα περιστροφής" - τα νήματα στο καλώδιο σχημάτιζαν μια πιο σφιχτή σπείρα. Οι δοκιμές έδειξαν ότι αυτά τα καλώδια έδειξαν ελάχιστα σημάδια υποβάθμισης. «Το twist γήπεδο έκανε τη διαφορά», λέει ο Haange. «Είναι πολύ πιο σταθερό μηχανικά».
Ο Haange δεν πιστεύει ότι η νέα προσέγγιση θα καθυστερήσει το έργο επειδή οι Ηνωμένες Πολιτείες - οι οποίες είναι υπεύθυνες για την περιέλιξη του καλωδίου σε πηνία - είχαν αρκετό περιθώριο ενσωματωμένο στο πρόγραμμά τους. Ωστόσο, θα κοστίσει στην Ιαπωνία μερικά εκατομμύρια επιπλέον ευρώ, λέει ο Haange, επειδή η πιο σφιχτή σπείρα χρησιμοποιεί περισσότερο υλικό καλωδίων.
