Tyska fusionsanläggningen Wendelstein 7-X – världens största stellarator, har nått ett nytt världsrekord inom ett centralt område av fusionsfysiken: den så kallade trippelprodukten. Värdet uppnåddes under en experimentkampanj som avslutades den 22 maj och överträffar nu tidigare resultat från tokamak-reaktorer för långvariga plasmapulser.
Trippelprodukten är ett mått som erhålls genom att multiplicera bränslets densitet med dess temperatur och inneslutningstid. Under det senaste experimentet uppnåddes ett nytt toppvärde för denna parameter i hela 43 sekunder. Tokamak-reaktorer har tidigare innehaft rekordet i denna kategori, men främst vid kortare plasmapulser.
Det är Max Planck-institutet för plasmaphysik (IPP) som står bakom Wendelstein 7-X, som är beläget i Greifswald i nordöstra Tyskland. Institutet betonar att rekordet möjliggjordes tack vare ett nära samarbete mellan det europeiska teamet och amerikanska partners. En avgörande komponent var en ny pelletsinjektor som utvecklats vid Oak Ridge National Laboratory i USA. Denna injektor matar in små frusna vätepellets i plasmat och gör det möjligt att förlänga plasmapulserna genom kontinuerlig bränsletillförsel.
– Det nya rekordet är en enorm prestation av det internationella teamet, säger Thomas Klinger, ansvarig för driften vid Wendelstein 7-X och chef för stellaratorns dynamik och transport vid IPP i Greifswald. – Det visar på ett imponerande sätt potentialen hos Wendelstein 7-X. Att lyfta trippelprodukten till tokamak-nivåer under långa plasmapulser markerar ytterligare ett viktigt steg på vägen mot en kraftverksduglig stellarator.
Över 20 miljoner grader under nästan en minut
Under experimentet injicerades cirka 90 frusna vätepellets – var och en ungefär en millimeter stor – under loppet av 43 sekunder, samtidigt som starka mikrovågor värmde plasmat. En avgörande faktor för att nå rekordnivåer var den exakta samordningen mellan uppvärmning och bränsletillförsel. För första gången användes ett förinställt program med varierande pulsfrekvens, vilket gav ett balanserat förhållande mellan uppvärmningskraft och bränsleflöde.
Den högsta plasmatemperaturen under experimentet uppmättes till 30 miljoner grader Celsius, med en genomsnittlig temperatur på över 20 miljoner grader. För att beräkna trippelprodukten användes avancerade mätinstrument. Bland annat bidrog Princeton Plasma Physics Laboratory med röntgenspektrometri för att mäta jonernas temperatur. Elektrondensiteten fastställdes med hjälp av ett unikt interferometrisystem utvecklat vid IPP. Även den nödvändiga energiinlåsningstiden beräknades med mätverktyg från samma institut.
Under denna experimentkampanj uppnåddes också ett nytt rekord i energigenomströmning: 1,8 gigajoule över sex minuter. Det tidigare rekordet, satt i februari 2023, låg på 1,3 gigajoule. Energiomsättningen räknas fram genom att multiplicera den tillförda uppvärmningsenergin med pulsens varaktighet.
Stellaratorn – ett alternativ till tokamak
Till skillnad från tokamak-reaktorer – som till exempel Joint European Torus i Storbritannien och Iter-projektet i Frankrike – har stellaratorer en mer komplex geometri. Medan en tokamak har formen av en jämn torus (en slags ring), har stellaratorn en vriden figur-åtta-form. Denna form löser flera av de tekniska problem som tokamak-reaktorer möter, särskilt vad gäller den ojämna tätheten hos de magnetfält som krävs för att innesluta plasmat.
Wendelstein 7-X är inte avsedd för elproduktion. Dess syfte är att demonstrera huruvida stellaratorer lämpar sig som framtida kraftverk. Ett av huvudmålen är att visa att en stellarator kan köras kontinuerligt – till skillnad från tokamak-reaktorer, som i sin nuvarande form endast kan köras i pulser utan omfattande hjälpkomponenter.
Det nya rekordet ger viktiga insikter om vad som krävs för att driva framtida fusionsreaktorer i flera minuter, något som i sin tur är en förutsättning för att göra fusionskraft till en stabil och uthållig energikälla.
Källa: Max Planck Institute for Plasma Physics (IPP)
