Pratik bir füzyon güç sistemi geliştirmek için, bilim adamları plazma yakıtının çevresi ile nasıl etkileşime girdiğini tam olarak anlamalıdır. Plazma aşırı ısıtılır, yani ilgili atomların bazıları füzyon kabının duvarına çarpabilir ve gömülü olabilir. Sistemin verimli bir şekilde çalışmasını sağlamak için ne kadar yakıt tuzağa düşebileceğini bilmek önemlidir.
ABD Enerji Bakanlığı (DOE) Princeton Plazma Fizik Laboratuvarı (PPPL) bir personel araştırma fizikçisi Shota Abe, “Duvara ne kadar az yakıt sıkışırsa, o kadar az radyoaktif malzeme birikir.” Dedi.
Abe, yayınlanan bir çalışmada baş araştırmacıdır. Nükleer malzeme ve enerji. Çalışma, özellikle füzyon için en iyi yakıtlardan biri olduğu düşünüldüğünde-tokamak olarak bilinen hamur şeklindeki füzyon gemisinin bor kaplı, grafit duvarlarına sıkışıp kaldığına özellikle bakıyor. Bor, plazma safsızlıklarını azaltmak için bazı deneysel füzyon sistemlerinde kullanılır. Bununla birlikte, araştırmacılar bir bor kaplamasının plazmayı terk eden ve damar duvarlarına gömülü olan füzyon yakıt miktarını nasıl etkileyebileceğini tam olarak anlamıyorlar.
Abe, “Bor kaplamalarının deuterium ile nasıl etkileşime girebileceğini anlamak, ITER gibi gelecekteki füzyon enerji santralleri için malzemeleri iyileştirmemize yardımcı olabilir.” Dedi. ITER, Fransa’da Meclis altındaki çokuluslu tesistir, bu da kendini ısıtabilecek ve kendi füzyon reaksiyonlarını sürdürebilen plazmayı inceleyecek.
PPPL’den araştırmacılara ek olarak, ülke çapında kurumlardan büyük bir uzman ekibi, Princeton Üniversitesi, California-San Diego Üniversitesi, General Atomics, Tennessee Üniversitesi ve Sandia Ulusal Laboratuvarları da dahil olmak üzere yeni yakıt elde tutma çalışmasına katkıda bulundu. Onların dünya lideri çalışmaları, Fusion’u ticari ölçekte uygulanabilir bir elektrik kaynağı haline getirmek için kritik öneme sahiptir.
Deuterium ayrıca deneylerde trityum için duruyor
Ticari bir füzyon sisteminde, yakıt muhtemelen her ikisi de hidrojen formu olan deuterium ve trityumdan yapılacaktır. Trityum radyoaktiftir, ancak deuterium değildir. Dolayısıyla, deneyler, birçok açıdan benzer oldukları için döteryumu trityum için bir stand olarak kullanmıştır. Ancak trityum, ticari ölçekli füzyon sistemlerinde dikkatle yönetilmesi gereken bir unsurdur.
PPPL’de de çalışmaya katkıda bulunan bir müdür araştırma fizikçisi olan Alessandro Bortolon, “Herhangi bir zamanda bir cihazda ne kadar trityum olabileceğine dair çok katı sınırlamalar var. Eğer bunun üstüne çıkarsanız, her şey durur ve lisans kaldırılır.” Dedi. “Yani, işleyen bir reaktöre sahip olmak istiyorsanız, trityum muhasebenizin doğru olduğundan emin olmanız gerekir. Sınırın üzerinden geçerseniz, bu bir showstopper.”
İlginç bir şekilde, araştırmacılar tuzağa düşmüş yakıtın ana nedeninin bor kaplaması olmadığını söylüyor. Karbon. Küçük miktarlarda karbon bile deney sırasında numunelerde sıkışan döteryum yakıt miktarını arttırdı. Bu bor film örnekleri, genel atomiklerde bir Tokamak olan diii-d’de bor ve deuterium içeren bir gazdan (ve bazı safsızlıklarla) yapılmış bir plazma kullanılarak oluşturuldu.
Karbon ve bor birlikte, deuterium’a o kadar sıkı bağlanabilir ki, bağı kırmak için 1000 ° F civarında sıcaklıklar alacak ve bu da füzyon sistemine zarar vermeden yakıtı çıkarmayı çok zorlaştırır.
“Karbon gerçekten baş belasıdır,” dedi PPPL personeli araştırma fizikçisi Florian Effenberg, aynı zamanda makalenin ortak yazarı. “Karbon en aza indirilmelidir. Sıfıra ulaşamasak da, karbon miktarını mümkün olduğunca azaltmak için sahip olduğumuz tüm araçları kullanıyoruz.”
Aslında, az miktarda karbon kontaminasyonu olan bir plazmaya maruz kalma, deuterium miktarını önemli ölçüde arttırdı. Araştırmacılar, bir örnekte hapsolmuş her beş birim bor için iki birim deuterium sıkışıp kaldığını buldular.
Değiştirilecek grafit karolar
DIII-D füzyon sistemi deneylerde kullanıldı ve şu anda bir karbon şekli olan grafitten yapılmış duvarlara sahiptir. “Tüm karbondan kurtulmak ve temiz tungsten duvarlarına sahip olmak istiyoruz,” dedi Effenberg, hesaplamaların ITER’de yaşanacaklarına daha da yakın olmasını sağlamak için.
Araştırmanın güçlü yanlarından biri, bazı örneklerin DIII-D füzyon gemisinde plazmaya maruz kalmasıdır. Makine, plazmayı çörek şeklinde tutmak için manyetik alanlar kullanarak çalışan birkaç deneysel tokamaktan biridir. Araştırmanın, eser miktarda karbonun bile bir Tokamak’ın duvarlarında sıkışmış trityum miktarını büyük ölçüde artırabileceğini düşündürdüğü göz önüne alındığında, sonuçların gelecekteki füzyon enerji santrallerinde düzenleyici sınırları karşılamak için önemli etkileri olabilir.
Projedeki diğer araştırmacılar arasında Michael Simmonds, Igor Bykov, Jun Ren, Dmitry L. Rudakov, Ryan Hood, Alan Hyatt, Zihan Lin ve Tyler Abrams yer alıyor.
