Ученые Министерства энергетики США раскрывают новый процесс на токамаке термоядерном реакторе
- Ученые Министерства энергетики США подтвердили новый процесс, который может помочь защитить внутреннюю часть термоядерных реакторов токамак.
- Команда показала, что они могут успешно сбрасывать порошок бора в высокотемпературную плазму токамаков, детали которых изготовлены из термостойкого материала, известного как вольфрам.
- «Бросать бор в токамак во время его работы — это все равно, что убирать свою квартиру, одновременно занимаясь всеми остальными делами, которые вы обычно делаете в ней», — сказал ученый из CEA Альберто Галло, участвовавший в исследовании.
Ученые из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) Министерства энергетики США подтвердили, что они могут поместить порошок бора в термоядерный реактор токамак. Исследование показало, что распылитель порошка может успешно сбрасывать порошок бора в высокотемпературную плазму внутри токамаков , детали которых изготовлены из термостойкого материала, известного как вольфрам.
Ученые хотели подтвердить, что они могут использовать этот процесс для нанесения бора на вольфрамовые детали, потому что голые вольфрамовые стенки могут ухудшить характеристики плазмы, если плазма повредит вольфрам.
Из-за высокой температуры плавления вольфрам все чаще используется в токамаках, чтобы помочь компонентам выдерживать сильный нагрев в процессе термоядерного синтеза. Бор частично защищает вольфрам от плазмы и предотвращает утечку вольфрама в плазму; он также поглощает любые случайные элементы, такие как кислород, которые могут быть в плазме из других источников. Эти нежелательные примеси могли охлаждать плазму и подавлять термоядерные реакции.
Грант Боднер, исследователь с докторской степенью в PPPL, который был ведущим автором исследовательской работы, сообщающей о результатах в ядерном синтезе , сказал: «Нам нужен способ нанесения борных покрытий без отключения магнитного поля токамаков, и это то, что позволяет капельница для порошка. нам делать».
Исследование проводилось с использованием установки W Environment in Steady-State Tokamak (WEST), управляемой Комиссией по атомной энергии Франции (CEA). «WEST — одна из немногих полностью вольфрамовых сред, которые могут помочь нам протестировать эту технологию при длинных импульсах», — сказал Боднер.
Еще одна причина, по которой физики проводили свои эксперименты с использованием WEST, заключается в том, что его магниты сделаны из сверхпроводящего материала, который будет использоваться в магнитах внутри будущих термоядерных устройств. Этот материал проводит электричество с небольшим сопротивлением или вообще без сопротивления и производит мало избыточного тепла, поэтому магниты могут работать без остановки в течение длительного периода времени, как и будущие термоядерные реакторы. Магниты создают силы, удерживающие плазму, чтобы она могла подвергнуться синтезу.
Термоядерный синтез, сила, которая движет солнцем и звездами, объединяет легкие элементы в форме плазмы — горячего заряженного состояния материи, состоящего из свободных электронов и атомных ядер, — что генерирует огромное количество энергии. Ученые стремятся воспроизвести термоядерный синтез на Земле, чтобы получить практически неиссякаемый источник энергии для выработки электроэнергии.
Ученым нужен способ пополнения борных покрытий во время работы машин, потому что будущие термоядерные установки не смогут часто останавливаться для повторного нанесения покрытия. «Бросать бор в токамак во время его работы — это все равно, что убирать свою квартиру, одновременно занимаясь всеми остальными делами, которые вы обычно делаете в ней», — сказал ученый из CEA Альберто Галло, участвовавший в исследовании. «Это очень удобно — это означает, что вам не нужно тратить дополнительное время на уборку помимо ваших обычных занятий», — сказал он.
Устройство для распыления порошка установлено на верхней части токамака и использует точные приводы для перемещения порошкообразного материала из резервуаров в вакуумную камеру токамака. Этот механизм позволяет исследователям точно устанавливать скорость и продолжительность капель порошка, которые в других установках для синтеза могут включать другие материалы, повышающие производительность, такие как литий. «Из-за этой гибкости капельница может оказаться действительно полезной в будущем», — сказал Боднер.
Исследователи были удивлены, обнаружив, что бор, нанесенный пипеткой, не просто обработал внутренние вольфрамовые поверхности. «Мы видели, что когда мы бросали порошок, удержание плазмы увеличивалось, а это означало, что он сохраняет больше своего тепла, что способствует процессу синтеза», — сказал Боднер.
По теме: Saudi Aramco: рынок нефти игнорирует основы предложения
Повышенное удержание было особенно полезным, потому что оно происходило без перехода плазмы в состояние, известное как H-режим (режим с высоким удержанием), в котором удержание улучшается, но плазма с большей вероятностью извергается с так называемыми локализованными по краям модами. или ELM. Эти ELM отводят тепло из плазмы, снижая эффективность термоядерных реакций и иногда повреждая внутренние компоненты. «Если мы сможем использовать капельницу, чтобы получить хорошее удержание H-режима, фактически не входя в H-режим и не рискуя ELM, это было бы здорово для термоядерных реакторов», — сказал Боднер.
В будущем исследователи хотят тестировать использование капельницы только тогда, когда это необходимо для поддержания хороших характеристик плазмы. «Добавление любых дополнительных примесей, даже бора, может снизить мощность синтеза, которую вы получаете, потому что плазма становится менее чистой», — сказал Боднер. «Поэтому мы должны попытаться использовать наименьшее количество бора, которое все еще может производить нужные нам эффекты».
Предстоящие эксперименты будут сосредоточены на том, сколько бора на самом деле покрывает вольфрамовые поверхности. «Мы хотим измерить эти объемы, чтобы мы могли действительно количественно оценить то, что мы делаем, и расширить эти результаты в будущем», — сказал Боднер.
Среди сотрудников были ученые из CEA, Национальной лаборатории Ок-Риджа и Французской политехнической школы. Финансирование было предоставлено Управлением науки Министерства энергетики США (Fusion Energy Sciences).
***
Это еще один шаг вперед для энтузиастов синтеза токамаков. Все еще интересно, когда / если одна из программ получит немного чистого продукта термоядерного синтеза, как они планируют получить это тепло из токамака и превратить его в какую-то форму энергии, вырабатывающей энергию.
Брайан Вестенхаус через New Energy and Fuel
Источник: https://oilprice.com/Alternative-Energy/Nuclear-Power/DoE-Scientists-Reveal-New-Process-At-Tokamak-Fusion-Reactor.html?fbclid=IwAR0Z8XL3CKPZbibtZuAPpFC6PWFLZb9zxG9lUx4Ak2fSz8kWUrVbcW1JzwE
P/S
Вывод который мы можем сделать, это подорожание солей бора и чистого бора в самом ближайшем будущем, можно ожидать, что все страны участники ИТЭР будут создавать стратегические запасы бора, на случай прорывного изучения термояда , в случае успеха цены на бор взлетят в космос, а как вы догадываетесь это нехилый повод заработать.
