德核能科学家创造出一头“负载怪兽”:模拟太阳内部持续不断的核聚变反应

图丨建造中的 W7-X 仿星器

不同于托卡马克采用的轴对称磁铁,非轴对称磁铁在加工中要经受一种平展力,试图将它们压平。所以这种超导线圈的缠绕结构还需具有足够的机械强度来对抗这种力。不仅如此,要使超导线圈正常工作,还需接受在氦制冷剂、隔离高压电,以及突然丧失超导性方面的挑战。

光是建立这些造型奇特的磁铁就花了 6 年时间。“我们对每一个线圈都进行了检测。这是从一开始就预料到的,我们在巴黎对所有线圈逐一进行了细致的检查。”Klinger说。“其中有个叫做‘阿波罗13’的线圈,在法国反复送检了三次。”

德核能科学家创造出一头“负载怪兽”:模拟太阳内部持续不断的核聚变反应

图丨W7-X磁场结构示意图

然而,这些问题相对于机械工程方面的问题来说,还都是小事。不同于托卡马克,仿星器中使用的磁铁不存在真正的对称,所以整个结构需要事先建模。

工程师们采用有限元分析(结构设计的常用方法)对磁铁中的受力进行分析,然后设计出相应的结构可以与之相匹配。但前期计算却错了,在磁铁生产的过程中才发现这一问题。

对此,Klinger解释道:“我们必须更换整个结构支撑的概念,而这也是最基本的概念。而且最重要的改变是我们需要将磁铁系统做的更有柔性。”

最终,整个结构都被重新设计,以使得磁场可以有 5 厘米的位移。这些磁铁的位移是一致的,因此它们的相对位置保持不变,产生的磁场也与之前一样。