융합 기술

융합에 필요한 상태를 만들기 위해서는 진공 기술이 필수적입니다

전 세계는 융합 기술이 청정한 대체 에너지원이 될 것이라고 기대하고 있습니다. 세계 도처의 과학자들은 1950년대 이래로 평화적 목적으로 핵융합을 시도해 왔습니다. 이 과정이 태양에서 완벽하게 작동한다는 사실에도 불구하고 지구상에서 이러한 극한 조건을 재현하기는 어렵습니다. 이 실험에는 대형 핵융합로의 두 가지 유형 즉, 토카막과 스텔러레이터가 사용됩니다. 이 장치 둘 모두 동일한 원리로 작동합니다. 토로이달 자기장을 생성하는 코일의 모양과 배열이 다르다는 것이 차이점입니다. 토카막 반응기는 대칭으로 설계되었습니다. 이와는 다르게 스텔러레이터는 복잡한 비대칭 형태의 융합로입니다.

핵 융합로의 진공 - 토카막 및 스텔라레이터 원자로 원리

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어떻게 작동합니까?

기본적으로, 이는 2개의 수소 동위 원소를 한 번에 서로 융합시켜 새로운 헬륨 핵을 형성하는 문제입니다. 이 과정이 진행되는 동안, 헬륨과 단일 중성자 뿐 아니라 상당히 대량의 에너지가 형성됩니다. 융합은 약 1억에서 1억 5,000만 켈빈에 달하는 높은 플라즈마 온도에서 고진공 상태로만 가능합니다. 가열 공정의 목적은 핵을 전자로부터 분리하여 플라즈마를 형성하는 것입니다. 전하를 띤 핵은 반응기 벽으로부터 분리된 채로 몇 테슬라에 이르는 매우 강한 자기장의 도움으로 원자로를 통해 유도됩니다. 두 개의 원자 핵이 서로 접근하거나 심지어 충돌할 경우, 이들은 융합되어 대량의 에너지를 방출합니다. 추가적인 에너지 입력 없이 시스템을 유지할 수 있으려면 이 에너지 중 일부를 사용해서 플라즈마를 동일한 온도로 유지시켜야 합니다. 발생된 열은 그런 다음에 발전기를 구동하는 증기를 생성하는 데 사용됩니다.

진공 시스템 요구사항

핵융합로를 작동시키는 데 중요한 요구 사항 중 하나는 강하고 신뢰할 수 있으며 출력이 높은 진공 시스템입니다.

핵융합로의 플라즈마 용기는 10-6 Pa(10-8 mbar) 미만의 기본 압력으로 배기되어야 하며, 저온 유지 장치의 압력은 10-3 Pa(10-5 mbar) 미만이어야 합니다. 실험 용기에 들어 있는 공정 가스는 일반적으로 수소, 중수소 또는 삼중 수소입니다.
몇 테슬라에 이르는 높은 자기장(짧은 T) 때문에, 진공 장비는 플라즈마 용기로부터 4 ~ 9미터 거리에 설치해야 합니다. 자기장의 세기는 이 거리에서도 여전히 100 mT까지 올라갈 수 있습니다. 따라서 모든 구성품은 자기를 차폐해야 합니다. 터보 분자 펌프에서는 와상 전류의 결과로 로터가 가열되는 것을 방지하는 것이 특히 중요합니다.
모든 진공 구성품에서 전자 장치는 실제 펌프나 측정 장치와 멀리 떨어진 곳에 설치해야 합니다. 왜냐하면 최신 디지털 전자 장치는 방사능에 의해 손상되기 때문입니다.

제품 포트폴리오

파이퍼 베큠은 수 년에 걸쳐 융합 실험에 있어 전 세계적으로 체계가 잡힌 역량 있는 파트너로 활동해 왔습니다. 당사에게는 사용자와 긴밀히 협력하면서 솔루션을 개발하는 것이 특히 중요합니다. 프로세스에서 가장 중요한 부분은 가능한 한 각 응용 분야에 가장 가능성 있는 제품 조합을 결정하는 일입니다. Wendelstein 7-X와 같은 프로젝트에 파이퍼 베큠 HiPace 터보 펌프를 사용한 결과, 이 펌프가 융합 실험용으로 적합한 것으로 나타났습니다. HiPace 터보 펌프의 특수한 베어링 원리와 내부 구조로 인해 많은 양의 열이 전달할 수 있습니다. 따라서 HiPace 펌프는 외부 자기장에서 높은 열 작동 신뢰성을 확보할 수 있고 플라즈마 용기에 근접 설치할 수 있습니다. 펌프와 진공 챔버 사이의 거리가 짧아져서 플라즈마 용기에서 펌프의 유효 펌프 속도를 높일 수 있습니다. 파이퍼 베큠은 열악한 조건에서 전자 장치가 손상되는 것을 방지하기 위해서 펌프나 측정기용 외부 제어 장치를 폭넓게 제공하고 있습니다. 구동 전자 장치나 펌프 또는 측정기 간의 사정 거리는 100 m가 넘습니다. 케이블은 고객의 요구에 맞게 개발되었으며 할로겐이 함유되지 않았습니다.