Shkencëtarët e DoE zbulojnë një proces të ri në reaktorin e shkrirjes Tokamak

Shkencëtarët në Laboratorin e Fizikës së Plazmës në Princeton (PPPL) të Departamentit të Energjisë të SHBA-së (DOE) konfirmuan se mund të hedhin pluhur bori në një reaktor të shkrirjes tokamak. Hulumtimi tregoi se një pikatore pluhuri mund të hedhë me sukses pluhurin e borit në plazmën me temperaturë të lartë brenda tokamakëve që kanë pjesë të bëra nga një material rezistent ndaj nxehtësisë i njohur si tungsten.

Shkencëtarët donin të konfirmonin se mund ta përdorin këtë proces për të aplikuar borin në pjesët e tungstenit, sepse muret e zhveshura të tungstenit mund të dëmtojnë performancën e plazmës nëse plazma dëmton tungstenin.

Për shkak të pikës së tij të lartë të shkrirjes, tungsteni përdoret gjithnjë e më shumë në tokamaks për të ndihmuar përbërësit të përballojnë nxehtësinë e fortë të procesit të shkrirjes. Bori mbron pjesërisht tungstenin nga plazma dhe parandalon rrjedhjen e tungstenit në plazmë; ai gjithashtu thith çdo element të humbur si oksigjeni që mund të jetë në plazmë nga burime të tjera. Këto papastërti të padëshiruara mund të ftohin plazmën dhe të shuajnë reaksionet e shkrirjes.

Grant Bodner, një studiues postdoktoral në PPPL, i cili ishte autori kryesor i punimit kërkimor që raportonte rezultatet në Nuclear Fusion, tha: “Ne kemi nevojë për një mënyrë për të depozituar veshjet e borit pa fikur fushën magnetike të tokamaks, dhe kjo është ajo që lejon pikatore e pluhurit. ne të bëjmë.”

Hulumtimi u krye duke përdorur Mjedisin W në Tokamak me gjendje të qëndrueshme (WEST), i operuar nga Komisioni i Energjisë Atomike të Francës (CEA). “WEST është një nga mjediset e pakta me tungsten të plotë që mund të na ndihmojë të testojmë këtë teknologji me impulse të gjata,” tha Bodner.

Një arsye tjetër që fizikanët kryen eksperimentet e tyre duke përdorur WEST është se magnetët e tij janë bërë nga materiali superpërçues që do të shfaqet në magnet brenda pajisjeve të shkrirjes së ardhshme. Ky material përçon elektricitetin me pak ose aspak rezistencë dhe prodhon pak nxehtësi të tepërt, kështu që magnetët mund të funksionojnë pa u ndalur për periudha të gjata kohore, siç do të duhet të bëjnë reaktorët e ardhshëm të shkrirjes. Magnetet krijojnë forcat që frenojnë plazmën në mënyrë që ajo të mund t’i nënshtrohet shkrirjes.

Fusioni, fuqia që drejton diellin dhe yjet, kombinon elementët e dritës në formën e plazmës – gjendjen e nxehtë dhe të ngarkuar të materies, e përbërë nga elektrone të lira dhe bërthama atomike – që gjeneron sasi masive të energjisë. Shkencëtarët po kërkojnë të përsërisin shkrirjen në Tokë për një furnizim praktikisht të pashtershëm të energjisë për të gjeneruar energji elektrike.

Shkencëtarët kanë nevojë për një mënyrë për të rimbushur veshjet e borit ndërkohë që makinat janë duke funksionuar, sepse pajisjet e ardhshme të shkrirjes nuk do të jenë në gjendje të mbyllen shpesh për ri-veshje. “Të hedhësh bor në një tokamak ndërsa ai është në funksion është si të pastroni apartamentin tuaj ndërsa bëni të gjitha gjërat e tjera që bëni zakonisht në të,” tha shkencëtari i CEA Alberto Gallo, i cili kontribuoi në hulumtim. “Është shumë e dobishme – do të thotë që nuk duhet të merrni kohë shtesë nga aktivitetet tuaja të zakonshme për të bërë pastrimin,” tha ai.

Pajisja pikatore e pluhurit është montuar në pjesën e sipërme të tokamak-ut dhe përdor aktivizues të saktë për të lëvizur materialin pluhur nga rezervuarët e tyre në dhomën e vakumit të tokamak-ut. Ky mekanizëm i lejon studiuesit të përcaktojnë me saktësi shkallën dhe kohëzgjatjen e rënies së pluhurit, i cili në objektet e tjera të shkrirjes mund të përfshijë materiale të tjera që rrisin performancën si litium. “Për shkak të atij fleksibiliteti, pikatori ka potencialin të jetë vërtet i dobishëm në të ardhmen,” tha Bodner.

Studiuesit u befasuan kur zbuluan se bori i vendosur nga pikatore bëri më shumë sesa kushtëzonte sipërfaqet e brendshme të tungstenit. “Ne pamë që kur u hodhëm në pluhur, izolimi i plazmës u rrit, që do të thotë se ajo ruan më shumë nxehtësinë e saj, gjë që ndihmon procesin e shkrirjes,” tha Bodner.

Rritja e mbylljes ishte veçanërisht e dobishme sepse ndodhi pa hyrë në një gjendje plazma të njohur si modaliteti H (modaliteti i izolimit të lartë), në të cilin mbyllja përmirësohet, por plazma ka më shumë gjasa të shpërthejë me ato që njihen si mënyra të lokalizuara në skaj. ose ELM. Këto ELM largojnë nxehtësinë nga plazma, duke zvogëluar efikasitetin e reaksioneve të shkrirjes dhe ndonjëherë duke dëmtuar përbërësit e brendshëm. “Nëse ne mund të përdorim pikatoren për të marrë kufizimin e mirë të modalitetit H pa hyrë në të vërtetë në modalitetin H dhe pa rrezikuar ELM-të, kjo do të ishte e shkëlqyeshme për reaktorët e shkrirjes,” tha Bodner.

Në të ardhmen, studiuesit duan të testojnë duke përdorur pikatore vetëm kur është e nevojshme për të ruajtur performancën e mirë të plazmës. “Shtimi i çdo papastërtie shtesë, madje edhe bori, mund të zvogëlojë fuqinë e shkrirjes që merrni sepse plazma bëhet më pak e pastër,” tha Bodner. “Prandaj, ne duhet të përpiqemi të përdorim sasinë më të vogël të borit që ende mund të prodhojë efektet që duam.”

Eksperimentet e ardhshme do të fokusohen në sasinë e borit që mbulon në të vërtetë sipërfaqet e tungstenit. “Ne duam t’i masim këto shuma në mënyrë që të mund të përcaktojmë me të vërtetë atë që po bëjmë dhe t’i zgjerojmë këto rezultate në të ardhmen,” tha Bodner.

Bashkëpunëtorët përfshinin shkencëtarë nga CEA, Laboratori Kombëtar Oak Ridge dhe École Polytechnique e Francës. Financimi u sigurua nga Zyra e Shkencës e DOE (Shkencat e Energjisë së Fusionit).