Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Instalación de prueba de haces neutros del ITER

Coordenadas : 45°23′26″N 11°55′40″E / 45.39056°N 11.92778°E / 45.39056; 11.92778 Vista de las instalaciones de prueba de haces neutros. La Instalación de Pruebas de Haces Neutro...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita
Coordenadas : 45°23′26″N 11°55′40″E / 45.39056°N 11.92778°E / 45.39056; 11.92778
Vista de las instalaciones de prueba de haces neutros.

La Instalación de Pruebas de Haces Neutros del ITER es parte del Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER) en Padua , Véneto , Italia . [ 1 ] La instalación albergará el prototipo a escala real del inyector de haces neutros del reactor , MITICA (Megavolt ITer Injector & Concept Advancement), y un prototipo más pequeño de su fuente de iones, SPIDER (Source for the Production of Ions of Deuterium Extracted from a Radio frequency plasma). [ 2 ] SPIDER comenzó a operar en junio de 2018. SPIDER se utilizará para optimizar la fuente de haces de iones, optimizar el uso del vapor de cesio y verificar la uniformidad del haz de iones extraído también durante pulsos largos.

Haces neutros de calentamiento del ITER

Para suministrar energía al plasma de fusión en ITER, se instalarán dos inyectores de haces neutros  de calentamiento. Están diseñados para proporcionar una potencia de 17 MW cada uno, a través de las líneas de haz de 23  m, hasta el contenedor de cuatro metros de diámetro: para depositar suficiente potencia de calentamiento en el núcleo del plasma en lugar de en los bordes del plasma, la energía de las partículas del haz deberá ser de aproximadamente 1  MeV, lo que aumenta la complejidad del sistema de haces neutros a un nivel sin precedentes. Este será el principal sistema de calentamiento auxiliar del reactor. Debido a su baja eficiencia de conversión, el inyector de haces neutros primero necesita iniciar un haz de iones negativos precursores de 40  A, y luego neutralizarlo haciéndolo pasar a través de una celda de gas (con una eficiencia <  60%), y luego mediante un vertedero de iones residuales (los 40 restantes: 20% negativos, 20% positivos). El haz neutralizado se descarga luego en un calorímetro durante las fases de acondicionamiento, o se acopla con el plasma. Pérdidas adicionales por reionización o intercepción con los componentes mecánicos reducen su corriente a 17  A. [ 3 ]

Propósitos

Vista interior de la instalación de prueba de haces neutros; fotografía tomada desde la parte superior del escudo biológico MITICA, durante el mantenimiento de SPIDER (el reensamblaje de SPIDER está en curso en el área de trabajo en el centro de la imagen).

La función del centro de pruebas incluye la investigación y el desarrollo sobre los siguientes temas:

  • mantenimiento de voltaje: debido al entorno de neutrones, esta será la primera fuente de haz a -1  MV con aislamiento al vacío en lugar de aislamiento de gas ( SF6).Normalmente se utiliza gas 6 );
  • Formación de iones negativos: el requisito de densidad de corriente extraída de la fuente de iones cesiada está al límite de la tecnología actual de fuentes de iones de plasma.
  • Óptica del haz: el haz de iones precursores se genera en un acelerador electrostático multigrid, que cuenta con 1280 aperturas en cada una de las 7 rejillas que lo componen. Dado que el ancho total del haz a lo largo de la deriva del haz (aproximadamente 25  m) se debe a la óptica de cada uno de los 1280 haces, es necesario verificar cuidadosamente la alineación de la rejilla y las perturbaciones producidas por los campos magnéticos y los campos de error electrostáticos.
  • Bombas de vacío: se instalarán dos criobombas de 8  m de largo y 1,6 m de alto a cada lado del recipiente de vacío. Se verificará la vida útil por fatiga de los componentes que operan con ciclos entre 4 K y 400 K.   
  • Carga térmica en los componentes mecánicos: en los electrodos utilizados para la aceleración del haz, y a lo largo de su trayectoria, los componentes mecánicos están sometidos a cargas térmicas muy elevadas. Estas cargas se aplican de forma continua durante pulsos largos, de hasta 1  hora. No obstante, estas cargas son inferiores a las previstas en las placas del divertor del ITER.

Prototipos en la NBTF

Extracción de iones negativos con un número reducido de haces, en la fase inicial de operación a gran escala de SPIDER (mayo/junio de 2019).

SPIDER es el primer dispositivo experimental de gran tamaño que comienza a operar en las instalaciones de prueba (mayo de 2018). Los componentes de MITICA se encuentran actualmente en proceso de adquisición, y se prevé que entre en funcionamiento a finales de 2023.

ARAÑA

Los parámetros de diseño de SPIDER son los siguientes:

  • Tipo: fuente de iones negativos de plasma superficial cesiado
  • Fuente de plasma: 8 excitadores de RF cilíndricos, operados a 1  MHz, conectados a una única cámara de expansión de 0,8  m  ×  1,6  m  ×  0,25 m. 
  • Gas de proceso: hidrógeno o deuterio
  • Corriente del haz de iones negativos de hidrógeno extraído: 54  A (valor objetivo)
  • Electrodos y tensiones nominales: Rejilla de plasma (-110  kV), Rejilla de extracción (-100  kV), Rejilla conectada a tierra (0  V)
  • Número de haces y patrón de haz multihaz: 1280 haces separados en grupos de 4  ×  4 haces de 5  ×  16 haces cada uno.

Durante 2018, se optimizó la descarga de plasma mediante ocho controladores de RF de fuente de iones. En 2019, comenzó la operación con haz de iones negativos de hidrógeno: durante el primer año, SPIDER operará con un número reducido de haces (80 en lugar de 1280) debido a limitaciones en el sistema de vacío. En 2021, se realizó la primera operación con cesio.

Capacidades

Las capacidades de SPIDER y MITICA se detallan en la siguiente tabla, en comparación con los objetivos del haz neutro de calentamiento del ITER y con otros dispositivos existentes basados ​​en fuentes de radiofrecuencia. Los resultados obtenidos en la tabla corresponden al funcionamiento a una baja presión de llenado de 0,3 Pa; se observa una mejora significativa del rendimiento a presiones de funcionamiento más elevadas, pero se requiere una presión baja para minimizar la carga térmica generada por las partículas dispersas, producto de la interacción de los iones del haz con el gas de fondo a lo largo del acelerador electrostático multigrid de las fuentes MITICA e ITER HNB.

Véase también

Referencias

  1. ↑ "Instalación de prueba de haces neutros del ITER: la construcción avanza rápidamente en Padua" . EUROfusion . 15 de julio de 2013. Archivado del original el 27 de enero de 2016. Consultado el 5 de noviembre de 2023 .
  2. ^ V. Toigo, D. Boilson, T. Bonicelli, R. Piovan, M. Hanada y col. 2015 Núcleo. Fusión 55:8 083025
  3. ↑ LR Grisham, P Agostinetti, G Barrera, P Blatchford, D Boilson, J Chareyre, et al., Mejoras recientes en el diseño del sistema de haces neutros del ITER, Fusion Engineering and Design 87 (11), 1805-1815
  4. ↑ Fantz, U.; Bonomo, F.; Fröschle, M.; Heinemann, B.; Hurlbatt, A.; Kraus, W.; Schiesko, L.; Nocentini, R.; Riedl, R.; Wimmer, C. (2019). "Capacidades avanzadas de caracterización de haces NBI en la instalación de prueba recientemente mejorada BATMAN Upgrade" . Fusion Engineering and Design . 146 : 212–215 . Bibcode : 2019FusED.146..212F . doi : 10.1016/j.fusengdes.2018.12.020 . hdl : 21.11116/0000-0004-8043-F .
  5. ↑ Heinemann, B.; Fantz, U.; Kraus, W.; Schiesko, L.; Wimmer, C.; Wünderlich, D.; Bonomo, F.; Fröschle, M.; Nocentini, R.; Riedl, R. (2017). "Hacia fuentes de iones negativos para fusión impulsadas por radiofrecuencia grandes y potentes" . Nueva Revista de Física . 19 (1): 015001. Código bibliográfico : 2017NJPh...19a5001H . doi : 10.1088/1367-2630/aa520c .
  6. ↑ Se inaugura la mayor instalación de pruebas del mundo para fuentes de iones negativos con el fin de desarrollar el sistema de calefacción para ITER – Diciembre de 2012. Archivado el 2 de agosto de 2019 en Wayback Machine . Consultado el 2 de agosto de 2019.
  7. ↑ Fantz, U.; Briefi, S.; Heiler, A.; Wimmer, C.; Wünderlich, D. (2021). "Fuentes de iones de hidrógeno negativos para la fusión: de la generación de plasma a las propiedades del haz" . Frontiers in Physics . 9 : 473. Bibcode : 2021FrP.....9..473F . doi : 10.3389/fphy.2021.709651 .
  8. 1 2 3 4 Sartori, E.; Agostini, M.; Barbisan, M.; Bigi, M.; Boldrin, M.; Brombin, M.; Casagrande, R.; Dal Bello, S.; Dan, M.; Duteil, BP; Fadone, M.; Grando, L.; Maistrello, A.; Pavei, M.; Pimazzoni, A. (2022). «Primeras operaciones con cesio de la fuente de iones negativos SPIDER» . Fusión nuclear . 62 (8): 086022. Código Bib : 2022NucFu..62h6022S . doi : 10.1088/1741-4326/ac715e . hdl : 11577/3448494 . ISSN 0029-5515 . 
  • Sitio web del consorcio RFX
  • Página en el sitio web de ITER

45°23′26″N 11°55′40″E / 45.39056°N 11.92778°E / 45.39056; 11.92778