Instalación de prueba de haz neutro ITER - ITER Neutral Beam Test Facility
La instalación de prueba de haz neutro ITER es parte del Reactor Experimental Termonuclear Internacional (ITER) en Padova , Véneto , Italia . La instalación albergará el prototipo a gran escala del inyector de haz neutro del reactor , MITICA, y un prototipo más pequeño de su fuente de iones, SPIDER. SPIDER inició su funcionamiento en junio de 2018. SPIDER se utilizará para optimizar la fuente del haz de iones, optimizar el uso del vapor de cesio y verificar la uniformidad del haz de iones extraído también durante pulsos largos.
Vigas neutras de calefacción ITER
Para suministrar energía al plasma de fusión en ITER, se instalarán dos inyectores de haz neutro de calentamiento . Están diseñados para proporcionar una potencia de 17 MW cada uno, a través de las líneas de luz de 23 m, hasta el contenedor de cuatro metros de diámetro: para depositar suficiente potencia de calentamiento en el núcleo de plasma en lugar de los bordes de plasma, la energía de las partículas del haz debe ser alrededor de 1 MeV, aumentando así la complejidad del sistema de haz neutro a un nivel sin precedentes. Este será el principal sistema de calefacción auxiliar del reactor. Debido a su baja eficiencia de conversión, el inyector de haz neutro primero necesita iniciar un haz de iones negativos precursores de 40 A, y luego lo neutraliza pasándolo a través de una celda de gas (con una eficiencia < 60%), y luego por un ion residual. dump (el 40-20% restante negativo, 20% positivo). A continuación, el rayo neutralizado se vierte en un calorímetro durante las fases de acondicionamiento o se acopla con el plasma. Más pérdidas de reionización o interceptación con los componentes mecánicos reducen su corriente a 17 A.
Propósitos
El papel de la instalación de prueba incluye investigación y desarrollo sobre los siguientes temas:
- retención de voltaje: debido al entorno de neutrones, esta será la primera fuente de haz a -1 MV con aislamiento de vacío en lugar de aislamiento de gas ( SF
6 normalmente se utiliza gas); - formación de iones negativos: el requisito de la densidad de corriente extraída de la fuente de iones cesiados está en el límite de la tecnología actual de fuentes de iones de plasma.
- Óptica de haz: el haz de iones precursores se genera en un acelerador electrostático multirredes, que tiene 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, la alineación de la rejilla y las perturbaciones producidas por campos magnéticos y campos de error electrostático deben verificarse cuidadosamente.
- 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. Debe verificarse la resistencia a la fatiga de los componentes que operan con ciclos entre 4 K y 400 K.
- Carga de calor en componentes mecánicos: en los electrodos utilizados para la aceleración del haz, y a lo largo de la trayectoria del haz, los componentes mecánicos están sujetos a cargas térmicas muy elevadas. Estas cargas se aplican continuamente durante pulsos largos, hasta 1 h. De todos modos, estas cargas son inferiores a las cargas térmicas esperadas en las placas desviadoras del ITER.
Prototipos en la NBTF
SPIDER es el primer dispositivo experimental de gran tamaño que comienza a funcionar en la instalación de prueba (mayo de 2018). Los componentes de MITICA se encuentran actualmente en proceso de adquisición, y su primera operación se espera para fines 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 controladores de RF cilíndricos, operados a 1 MHz, conectados a una sola cámara de expansión de 0,8 m × 1,6 m × 0,25 m
- Gas de proceso: hidrógeno o deuterio
- Corriente de 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 con conexión a tierra (0 V)
- Número de haces y patrón de haz de haces múltiples: 1280 haces separados en 4 × 4 grupos de 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).
Capacidades
Las capacidades de SPIDER y MITICA se enumeran en la siguiente tabla en comparación con los objetivos del ITER Heating Neutral Beam y con otros dispositivos preexistentes.
| Experimentar | Primera operación | Haz de energía | Corriente de haz de iones negativos objetivo | Tipo de fuente de iones | Tipo de acelerador | Tipo de neutralizador | Longitud de la línea de luz | Corriente equivalente de haz neutro | Divergencia de haz único objetivo (gaussiano 1 / e) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ELISE | Dic. De 2012 | ~ 60 kV | ~ 27 A (hidrógeno) | Fuente de plasma superficial cesiada impulsada por RF | Triodo electrostático de apertura múltiple | - | ~ 5 m | - | - |
| ARAÑA | Mayo de 2018 | 110 kV | 54 A (hidrógeno) | Fuente de plasma superficial cesiada impulsada por RF | Triodo electrostático de apertura múltiple | - | ~ 5 m | - | - |
| MITICA | 2023 (esperado) | 880 kV (hidrógeno) / 1000 kV (deuterio) | 40 A (hidrógeno) | Fuente de plasma superficial cesiada impulsada por RF | Concepto de multiapertura de rejilla múltiple (7 electrodos) | 4 celdas de gas | ~ 13 m | 16,7 A | <7 mrad |
| ITER HNB | TBD | 880 kV (hidrógeno) / 1000 kV (deuterio) | 40 A | Fuente de plasma superficial cesiada impulsada por RF | Concepto de multiapertura de rejilla múltiple (7 electrodos) | 4 celdas de gas | ~ 22,5 m | 16,7 A | <7 mrad |
Ver también
Referencias
enlaces externos
Coordenadas : 45 ° 23′26 ″ N 11 ° 55′40 ″ E / 45.39056 ° N 11.92778 ° E