ITER Tokamak Manyetik Füzyon Cihazının Gerçekçi Bir Modeli

Öne Çıkanlar

Ingrid Fadelli, Phys.org tarafından

Plazmayı simit şeklindeki odaya hapsetmek için manyetik alanlar kullanan cihazlar olan Tokamaks, yüksek performanslı nükleer füzyon reaktörlerinin geliştirilmesinde çok önemli bir rol oynayabilir. Dünyanın en büyük nükleer tokamak’ı olacak olan ITER tokamak, özellikle gelecekte nükleer reaktörlerin üretilme şeklini şekillendirecek gibi görünüyor.

ITER, tamamen yeni stratejiler kullanan oldukça karmaşık bir teknolojidir; bu, onu inşa edenlerin daha önce hiç karşılaşılmamış zorluklarla karşılaştığı anlamına gelir. ITER tokamak’ın tasarımını ve çalışmasını kolaylaştırmak için , dünya çapındaki bilim adamları, sonuçlarını ve potansiyelini teorik olarak incelemeyi amaçlayan nükleer analizler deniyorlar.

Şimdiye kadar, ITER reaktörü tarafından toplanan verilere dayanan nükleer analizler, yalnızca tokamak’ın belirli kısımlarını temsil eden ayrıntılı ancak kısmi modellere dayanıyordu. Bununla birlikte, bu modeller, makinenin tasarımı ilerledikçe ortaya çıkan sınırlamalar ve ölçülmemiş belirsizlikler sunmaktadır. Güvenliği ve çalışmasıyla ilgili olanlar özellikle önemlidir.

Bunu akılda tutarak, Universidad Nacional de Educación a Distancia’daki (UNED) araştırmacılar, yakın zamanda ITER tokamak’ın ayrıntılı ve gerçekçi bir Monte Carlo N-parçacık taşıma (MCNP) modeli olan E-lite’yi geliştirdiler. Nature Energy’de yayınlanan bir makalede sunulan bu model, bu manyetik füzyon cihazını değerlendiren nükleer analizlerin güvenilirliğini ve hassasiyetini önemli ölçüde geliştirme potansiyeline sahiptir.

“Birkaç on yıl önceki hesaplama sınırlamaları nedeniyle, kendimiz de dahil olmak üzere dünya çapındaki ITER nötronik topluluğu (UNED’deki TECF3IR araştırma ekibi) şu ana kadar ITER tokamak’ın kısmi modellerini kullanarak çalışıyor,” dedi Rafael Juarez, Çalışmayı yürüten araştırmacılar Phys.org’a söyledi. “Ancak o zamandan beri, bilgisayar gücü önemli ölçüde gelişti. Ayrıca, son yıllarda kullandığımız hesaplama kodlarında da bazı gelişmeler TECF3IR tarafından sağlandı.”

Daha gelişmiş bilgisayarların ve daha karmaşık kodların geliştirilmesi, nihayetinde giderek daha gerçekçi ve karmaşık tokamak modellerinin oluşturulmasına olanak sağlamıştır. Bu nedenle, son birkaç yılda dünya çapındaki araştırmacılar, nükleer analiz için kullanılacak bir dizi yeni kısmi model geliştirdiler. Alternatif olarak, uygulamaya bağlı olarak tam makinenin basitleştirilmiş modelleri de düşünülmüştür. Bununla birlikte, bu modellerin hiçbiri, mühendislerin reaktörlerin güvenlik ve çalışma kalitesini yüksek düzeyde güven ile tespit etmek istediği makinenin tam ve ayrıntılı bir temsilini yakalayamadı.

“Eylül 2018 itibariyle, UNED’de, ITER Organizasyonu ve Fusion for Energy ile birlikte birkaç kısmi model için iyileştirmeler üzerinde çalışıyorduk ve noktaları birleştirdik: Yaklaşımı iyileştirmek yerine zaten değiştirebilecek konumda olduğumuzu fark ettik. , “Dedi Juarez. “Geçmiş yıllarda tüm topluluk tarafından gerçekleştirilen muazzam ilerlemelerin sonuçlarını anlamak için birisinin sadece bağlantı kurması gerektiğine dair yıllar boyunca bir kanıt birikimi olduğunu söyleyebilirim. Bu, bize tam bir model oluşturmamız için ilham verdi. Nükleer analiz için ITER. Denedik ve işe yaradı. “

Araştırmacılar tarafından tasarlanan MCNP modeli, büyük ölçüde C modeli de dahil olmak üzere önceki kısmi modellerden esinlenmiştir. Kısmi modeller, kullanıcılar tarafından belirli uygulamalar için korunmamış ve özel olarak tasarlanmıştı.

Yeni model, ITER tokamak’ın belirli bileşenlerini temsil eden modüler parçalarla bir blok yapıda düzenlenmiştir. Bunu geliştirmek için, araştırmacılar, önceden tasarlanan C-modelinin blok yapısını, 280 derecelik tokamak’ı kapsayan yedi durumda açtı, ardından tokamak’ın nötr ışın enjektörlerini içeren kalan 80 derecenin ayrıntılı bir temsilini ekledi. Daha sonra, makinenin bazı asimetrilerini de hesaba katmasını sağlamak için modeli ayarladılar ve revize ettiler.

Juarez, “Bloklar, makinenin belirli bileşenlerinin mevcut en son MCNP temsilleriyle dolduruldu” dedi. “Saptırıcı kasetler gibi simetrik bileşenlerin temsili tekrarlanırken, geri kalanı, tanılama bağlantı noktası fişleri gibi, tek durumlarda görünür. Genel olarak, E ‑ lite’nin büyük ölçüde, düzgün bir şekilde sıralanan ve felsefesini koruyan bir model mozaiği olduğunu söyleyebiliriz. öncülleri, bakımı yapılabilir ve ayarlanabilir bir model olarak duruyor. “

Juarez ve meslektaşları tarafından tasarlanan model ile önceki ITER tokamak modelleri arasındaki temel fark, tüm cihazı temsil etmek için sınır koşullarına ihtiyaç duymamasıdır. Öte yandan yeni model, radyasyon alanlarını şekillendiren asimetriler de dahil olmak üzere cihazın tüm geometrisini yakalıyor. Önceki modeller, bir belirsizlik kaynağı olan ve güvenilmez sonuçlara yol açan bu asimetrileri hesaba katmıyordu.

Juarez, “ITER Tokamak’ın kısmi modellerin kullanımıyla ilişkili nükleer tepkilerindeki belirsizlikler artık tahmin edilebiliyor” dedi. “Alternatif olarak, nükleer analiz, bu belirsizliği önlemek için doğrudan E-lite’da gerçekleştirilebilir. Bu, genel olarak her miktarı farklı bir dereceye kadar etkiler, bunlardan bazıları süper iletken bobinlerin nükleer ısısı, in shut için kapatma doz oranı kadar alakalı plazma gücünü ölçecek radyasyon dedektörlerinin yerinde bakımı veya kalibrasyonu. “

Juarez ve meslektaşları, ITER tokamak’ın tam, heterojen bir MCNP modelini oluşturmanın artık hesaplama açısından uygun olduğunu kanıtladılar. Ek olarak, böyle bir modelin mevcut kısmi modellerden önemli ölçüde daha güvenilir ve doğru olacağını gösterdiler.

Modeli yakında araştırmacılar daha kesin olarak reaktörlerin olası güvenlik ve güvenilirlik değerlendirmek için izin nükleer analizler yapmak için kullanılabilir. Ek olarak, bu son çalışma, dünya çapındaki diğer araştırma ekiplerine diğer karmaşık nükleer sistemlerin MCNP modellerini tasarlama konusunda ilham verebilir.

Juarez, “TECF3IR’de, ilki nükleer analiz için kullanılan yöntem ve araçların iyileştirilmesiyle ilgili iki iş kolumuz var” dedi. “Şu anda CAD’den MCNP’ye (GEO-UNED) çevirmek için bir araç ve Monte Carlo yaklaşımında kapatma doz oranlarının belirlenmesini hızlandırmak için yeni varyans azaltma teknikleri üzerinde çalışıyoruz. Ayrıca belirlemek için yeni ve daha doğru yöntemler üzerinde çalışıyoruz. düzinelerce uygulamayla ilgili olan ışınlamaya maruz kalan sıvıların radyoaktif envanterinin zaman evrimi. “

Araştırmacılar, nükleer analizle ilgili araştırmalar için daha iyi araçlar geliştirmenin yanı sıra şu anda dünya çapında nükleer tesisler için son derece hassas nükleer analizler yapıyorlar. Bu nedenle, ITER organizasyonu ve dünya çapında nükleer teknoloji üzerinde çalışan diğer ekiplerle işbirliğine devam etmeyi planlıyorlar.

“Ayrıca EUROfusion konsorsiyumu çatısı altında çeşitli projeler üzerinde çalışıyoruz: (i) füzyonla ilgili araştırmalar için özel bir parçacık hızlandırıcı olan IFMIF ‑ DONES tesisi, bizim için yüksek önem taşıyan uzun süreli bir işbirliği ile, (ii) JET (Joint European Torus), füzyon ortamlarında kodların deneysel olarak doğrulanması gibi benzersiz etkinliklerle, günümüzde faaliyette olan en güçlü nükleer Tokamak, (iii) elbette devam etmeyi planladığımız gelecekteki Avrupa reaktör DEMO’nun tasarımı dahil olmak, “diye ekledi Juarez.


Daha fazlasını keşfedinÇin nükleer enerjili ‘yapay güneşi’ açıyor (Güncelleme)


Daha fazla bilgi: Kapsamlı nükleer analizler için ITER tokamak’ın eksiksiz ve heterojen bir modeli. Doğa Enerjisi (2021). DOI: 10.1038 / s41560-020-00753-x .Dergi bilgisi: Nature Energy

© 2021 Science X Network

Diğer Yazılar

Okuyucu Yorumları

Bir Cevap Yazın

Popüler İçerikler