Laboratório de Física do Plasma de Princeton - Princeton Plasma Physics Laboratory

Laboratório de Física de Plasma de Princeton
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Estabelecido 1961 ; 60 anos atras ( 1961 )
Despesas $ 93 milhões (2017)
Campo de pesquisa
Física do plasma
Vice-presidente David J. McComas , Vice-presidente da PPPL
Diretor Steven Cowley
Endereço 100 Stellarator Road, Princeton, Nova Jersey
Localização Plainsboro Township , New Jersey, Estados Unidos 40.348825 ° N 74.602183 ° W Coordenadas : 40.348825 ° N 74.602183 ° W
40 ° 20′56 ″ N 74 ° 36′08 ″ W /  / 40.348825; -74,60218340 ° 20′56 ″ N 74 ° 36′08 ″ W /  / 40.348825; -74,602183
08536
Campus Forrestal Campus
Agência operacional
Departamento de Energia dos EUA
Local na rede Internet www .pppl .gov
Mapa
O Princeton Plasma Physics Laboratory está localizado em Nova Jersey
Laboratório de Física de Plasma de Princeton
Localização em Nova Jersey

O Laboratório de Física de Plasma de Princeton ( PPPL ) é um laboratório nacional do Departamento de Energia dos Estados Unidos para física de plasma e ciência de fusão nuclear . Sua missão principal é a pesquisa e o desenvolvimento da fusão como fonte de energia . É conhecido em particular pelo desenvolvimento dos designs de stellarator e tokamak , juntamente com vários avanços fundamentais na física do plasma e a exploração de muitos outros conceitos de confinamento de plasma.

O PPPL surgiu do projeto ultrassecreto da Guerra Fria para controlar as reações termonucleares, chamado Projeto Matterhorn . O foco deste programa mudou das bombas H para a energia de fusão em 1951, quando Lyman Spitzer desenvolveu o conceito de stellarator e recebeu financiamento da Comissão de Energia Atômica para estudar o conceito. Isso levou a uma série de máquinas nas décadas de 1950 e 60. Em 1961, após a desclassificação, o Projeto Matterhorn foi renomeado para Laboratório de Física de Plasma de Princeton.

Os estelares do PPPL se mostraram incapazes de cumprir suas metas de desempenho. Em 1968, as alegações da Soviet de excelente desempenho em seus tokamaks geraram intenso ceticismo e, para testá-lo, o stellarator Modelo C do PPPL foi convertido em um tokamak. Ele verificou as reivindicações soviéticas e, desde então, o PPPL tem sido um líder mundial em teoria e design de tokamak, construindo uma série de máquinas que quebraram recordes, incluindo o Princeton Large Torus , TFTR e muitos outros. Dezenas de máquinas menores também foram construídas para testar problemas e soluções específicos, incluindo ATC, NSTX e LTX .

O PPPL está localizado no Campus Forrestal da Universidade de Princeton, em Plainsboro Township , Nova Jersey . Fica a alguma distância do campus principal de Princeton, mas o laboratório tem um endereço em Princeton .

História

Formação

Em 1950, John Wheeler estava montando um laboratório secreto de pesquisa da bomba H na Universidade de Princeton . Lyman Spitzer, Jr. , um alpinista ávido, conhecia este programa e sugeriu o nome "Projeto Matterhorn".

Spitzer, um professor de astronomia, esteve por muitos anos envolvido no estudo de gases rarefeitos muito quentes no espaço interestelar. Ao partir para uma viagem de esqui para Aspen em fevereiro de 1951, seu pai ligou e disse-lhe para ler a primeira página do New York Times . O jornal tinha uma história sobre alegações divulgadas no dia anterior na Argentina de que um cientista alemão relativamente desconhecido chamado Ronald Richter havia alcançado a fusão nuclear em seu Projeto Huemul . No final das contas, Spitzer rejeitou essas alegações, e mais tarde elas foram provadas errôneas, mas a história o fez pensar sobre a fusão. Enquanto dirigia o teleférico em Aspen, ele descobriu um novo conceito para confinar um plasma por longos períodos para que pudesse ser aquecido às temperaturas de fusão. Ele chamou esse conceito de estelar .

Mais tarde naquele ano, ele levou este projeto para a Comissão de Energia Atômica em Washington. Como resultado desta reunião e de uma revisão da invenção por cientistas de todo o país, a proposta stellarator foi financiada em 1951. Como o dispositivo produziria nêutrons de alta energia , que poderiam ser usados ​​para produzir combustível para armas, o programa foi classificado e realizado como parte do Projeto Matterhorn. Matterhorn finalmente encerrou seu envolvimento no campo de bombas em 1954, tornando-se inteiramente dedicado ao campo de energia de fusão.

Em 1958, essa pesquisa de fusão magnética foi desclassificada após a Conferência Internacional das Nações Unidas sobre os Usos Pacíficos da Energia Atômica . Isso gerou um fluxo de alunos de pós-graduação ávidos por aprender a "nova" física, o que por sua vez influenciou o laboratório a se concentrar mais na pesquisa básica.

Os primeiros estelares de figura 8 incluíam: Modelo-A, Modelo-B, Modelo-B2, Modelo-B3. O Modelo-B64 era um quadrado com cantos arredondados e o Modelo-B65 era uma configuração de pista de corrida. O último e mais poderoso stellarator da época foi o 'hipódromo' Modelo C (operando de 1961 a 1969).

Tokamak

Em meados da década de 1960, ficou claro que algo estava fundamentalmente errado com os stellarators; eles vazaram combustível a taxas muito além do que a teoria previa, taxas que levaram energia do plasma muito além do que as reações de fusão poderiam produzir. Spitzer tornou-se extremamente cético quanto à possibilidade da energia de fusão e expressou sua opinião de forma bastante pública em 1965, em um encontro internacional no Reino Unido. Na mesma reunião, a delegação soviética anunciou resultados cerca de 10 vezes melhores do que qualquer dispositivo anterior, o que Spitzer descartou como um erro de medição.

Na reunião seguinte, em 1968, os soviéticos apresentaram dados consideráveis ​​de seus dispositivos que mostraram desempenho ainda maior, cerca de 100 vezes o limite de difusão de Bohm . Uma enorme discussão eclodiu entre o AEC e os vários laboratórios sobre se isso era real. Quando uma equipe do Reino Unido verificou os resultados em 1969, a AEC sugeriu que o PPPL convertesse seu Modelo C em um tokamak para testá-lo, já que o único laboratório disposto a construir um do zero, Oak Ridge , precisaria de algum tempo para construir o seu. Vendo a possibilidade de ser contornado no campo de fusão, a PPPL acabou concordando em converter o Modelo C para o que se tornou o Tokamak Simétrico (ST), verificando rapidamente a abordagem.

Duas pequenas máquinas seguiram o ST, explorando maneiras de aquecer o plasma, e então o Princeton Large Torus (PLT) para testar se a teoria de que máquinas maiores seriam mais estáveis ​​era verdadeira. A partir de 1975, o PLT verificou essas "leis de escala" e, em seguida, acrescentou a injeção de feixe neutro de Oak Ridge que resultou em uma série de temperaturas de plasma recorde, chegando a 78 milhões de Kelvin, muito além do que era necessário para um sistema de energia de fusão prático. Seu sucesso foi uma grande notícia.

Com essa sequência de sucessos, a PPPL teve poucos problemas para vencer a licitação para construir uma máquina ainda maior, projetada especificamente para atingir o "ponto de equilíbrio" enquanto funciona com um combustível de fusão real, em vez de um gás de teste. Isso produziu o Tokamak Fusion Test Reactor , ou TFTR, que foi concluído em 1982. Após um longo período de adaptação, o TFTR começou a desacelerar, aumentando a temperatura e a densidade do combustível, enquanto introduzia gás deutério como combustível. Em abril de 1986, ele demonstrou uma combinação de densidade e confinamento, o chamado produto triplo de fusão , muito além do que era necessário para um reator prático. Em julho, atingiu a temperatura de 200 milhões de graus, muito além do que era necessário. No entanto, quando o sistema foi operado com ambas as condições ao mesmo tempo, um produto triplo e temperatura suficientemente altos, o sistema tornou-se instável. Três anos de esforços não conseguiram resolver esses problemas e o TFTR nunca atingiu seu objetivo. O sistema continuou realizando estudos básicos sobre esses problemas até ser encerrado em 1997. A partir de 1993, o TFTR foi o primeiro no mundo a utilizar misturas 50/50 de deutério - trítio . Em 1994, rendeu 10,7 megawatts de potência de fusão sem precedentes.

Desenhos posteriores

Em 1999, o National Spherical Torus Experiment (NSTX) , baseado no conceito de tokamak esférico, entrou em operação no PPPL. Cientistas de laboratório estão colaborando com pesquisadores em ciência e tecnologia de fusão em outras instalações, tanto nacionais quanto estrangeiras. A equipe está aplicando o conhecimento obtido na pesquisa de fusão a uma série de áreas teóricas e experimentais, incluindo ciência dos materiais , física solar , química e manufatura .

O aquecimento por paridade ímpar foi demonstrado no experimento PFRC-1 com raio de 4 cm em 2006. O PFRC-2 tem um raio de plasma de 8 cm. Estudos de aquecimento de elétrons em PFRC-2 alcançaram 500 eV com comprimentos de pulso de 300 ms.

Em 2015, o PPPL concluiu uma atualização do NSTX para produzir o NSTX-U que o tornou a mais poderosa instalação de fusão experimental, ou tokamak, de seu tipo no mundo.

Em 2017, o grupo recebeu uma doação de Fase II do NIAC, juntamente com dois STTRs da NASA, financiando o subsistema de RF e o subsistema de bobina supercondutora.

Diretores

Em 1961, Gottlieb tornou-se o primeiro diretor do renomeado Laboratório de Física do Plasma de Princeton.

Linha do tempo dos principais projetos de pesquisa e experimentos

Princeton field-reversed configuration Lithium Tokamak Experiment National Spherical Torus Experiment Tokamak Fusion Test Reactor Princeton Large Torus Model C stellarator Steven Cowley Robert J. Goldston Ronald C. Davidson Harold Fürth Melvin B. Gottlieb Lyman Spitzer

Outros experimentos

Ciência e tecnologia do plasma

  • Dinâmica de feixe e plasma não neutro
  • Laboratório de Nanossíntese de Plasma (LPN)

Física teórica do plasma

  • DOE Scientific Simulation Initiative
  • Grupo de Trabalho MHD dos EUA
  • Consórcio de Teoria de Configuração Inversa de Campo (FRC)
  • Códigos de projeto e análise de física Tokamak
  • Código TRANSP
  • Biblioteca de Módulos do National Transport Code Collaboration (NTCC)

Transporte

A Rota 3 da Tiger Transit vai até o Campus Forrestal e termina no PPPL.

Veja também

Referências

links externos