Etorkizuneko fusio nuklearraren energia erreaktoreen barrualdea Lurrean inoiz ekoiztutako ingurune gogorrenetakoa izango da. Zer da nahikoa indartsu fusio-erreaktore baten barrualdea Lurraren atmosferara berriro sartzen diren espazio-transbordadoreen antzeko plasma bidez sortutako bero-fluxuetatik babesteko?

ORNL-ko ikertzaileek wolframio naturala (horia) eta wolframio aberastua (laranja) erabili zituzten wolframioaren higadura, garraioa eta birposizioaren jarraipena egiteko. Tungstenoa da fusio-gailu baten barrualdea blindatzeko aukera nagusia.

Zeke Unterberg eta Oak Ridge National Laboratory-ko Energia Saileko bere taldea hautagai nagusiarekin lanean ari dira gaur egun: wolframioa, taula periodikoko metal guztien urtze-punturik altuena eta lurrun-presio baxuena duena, baita trakzio-erresistentzia oso altua ere—. denbora luzez tratu txarrak hartzeko egokia egiten duten propietateak. Fusio-erreaktore baten barruan wolframioak nola funtzionatuko lukeen ulertzera bideratzen dira, atomo argiak eguzkiaren nukleoa baino tenperatura beroagoetara berotzen dituen gailu bat, energia fusionatu eta askatzeko. Fusio-erreaktore bateko hidrogeno gasa hidrogeno-plasma bihurtzen da —partzialki ionizatutako gasez osatutako materiaren egoera—, eta gero eremu txiki batean mugatzen da eremu magnetiko edo laser indartsuen bidez.

"Ez duzu zure erreaktorean egun pare bat bakarrik irauten duen zerbait jarri nahi", esan zuen Unterbergek, ORNL-ko Fusion Energy Division-eko ikerlari senior batek. «Bizitza nahikoa izan nahi duzu. Plasma bonbardaketa oso handia izango dela aurreikusten dugun guneetan wolframioa jartzen dugu».

2016an, Unterberg eta taldea tokamak-en esperimentuak egiten hasi ziren, plasma-eraztun bat edukitzeko eremu magnetikoak erabiltzen dituen fusio-erreaktore batean, DIII-D National Fusion Facility-n, San Diegoko DOE Office of Science erabiltzaile-instalazio batean. Jakin nahi zuten ea wolframioa erabili ote zen tokamak-en huts-ganbera blindatzeko —plasmaren eraginak eragindako suntsipen azkarretik babestuz—, plasma bera asko kutsatu gabe. Kutsadura horrek, behar bezala kudeatzen ez bada, azkenean fusio-erreakzioa itzal lezake.

"Ganberan zein eremu izango ziren bereziki txarrak zehazten saiatzen ari ginen: wolframioak plasma kutsa dezaketen ezpurutasunak sor ditzakeen tokietan", esan zuen Unterbergek.

Hori aurkitzeko, ikertzaileek wolframioaren isotopo aberastua erabili zuten, W-182, aldatu gabeko isotopoarekin batera, wolframioaren higadura, garraioa eta birposizioa desbideratzeko. Desbideragailuaren barneko wolframioaren mugimenduari erreparatuz, plasma eta ezpurutasunak desbideratzeko diseinatutako huts-ganberaren eremua, tokamak-eko gainazaletatik higatzen den eta plasmarekin elkarreragiten duen irudi argiagoa eman zien. Wolframiko isotopo aberastuak tungsteno arruntaren propietate fisiko eta kimiko berdinak ditu. DIII-D-ko esperimentuek isotopo aberastuarekin estalitako metalezko txertaketa txikiak erabili zituzten, bero-fluxu handieneko gunetik gertu, baina ez, ontziko eremu batean desbideratzaile urrun-helburuko eskualdea deitzen zaion normalean. Bereiz, fluxu handienak dituen desbideratzaile-eskualde batean, greba-puntuan, aldatu gabeko isotopoarekin txertaketak erabili zituzten ikertzaileek. DIII-D ganberaren gainerakoa grafitoz blindatua dago.

Konfigurazio horri esker, ikertzaileek ganbaran aldi baterako txertatutako zunda berezietan laginak biltzeko aukera izan zuten ontziaren armaduratik eta ezpurutasun-fluxua neurtzeko. sortu zen.

"Isotopo aberastua erabiltzeak hatz-marka berezia eman zigun", esan zuen Unterbergek.

Fusio-gailu batean egindako horrelako lehen esperimentua izan zen. Helburu bat zen material horien materialak eta kokapen egokienak zehaztea ganbera blindatzeko, plasma-material elkarrekintzak eragindako ezpurutasunak neurri handi batean desbideratzaileari atxikita mantenduz eta fusioa ekoizteko erabiltzen den iman-konfinatutako nukleoaren plasma ez kutsatuz.

Desbideratzaileen diseinu eta funtzionamenduaren konplikazio bat plasmako ezpurutasun kutsadura da ertz-lokalizatutako moduek edo ELMek eragindakoa. Energia handiko gertaera bizkor horietako batzuek, eguzki-erlantzien antzekoak, ontzien osagaiak kaltetu edo suntsitu ditzakete, hala nola desbideratzaile-plakak. ELMen maiztasuna, gertaera hauek gertatzen diren segundoko aldiz, plasmatik hormara askatzen den energia kantitatearen adierazlea da. Maiztasun handiko ELMek plasma kantitate baxuak askatu ditzakete erupzio bakoitzeko, baina ELMak maiz gutxiago badira, erupzio bakoitzeko askatutako plasma eta energia handia da, kalteak izateko probabilitate handiagoarekin. Azken ikerketek ELMen maiztasuna kontrolatzeko eta handitzeko moduak aztertu dituzte, adibidez pellet injekzioarekin edo eremu magnetiko osagarriekin magnitude oso txikietan.

Unterberg-en taldeak ikusi zuen, espero zuten bezala, wolframioa fluxu handiko puntutik urrun egoteak kutsatzeko probabilitatea asko areagotzen zuela gertakari bakoitzeko energia-eduki handiagoa eta gainazaleko kontaktua duten maiztasun baxuko ELMen eraginpean egotean. Gainera, taldeak desbideratzaile hau urruneko helburuko eskualde honek SOL kutsatzeko joera handiagoa zuela ikusi zuen, nahiz eta, oro har, greba-puntua baino fluxu txikiagoak izan. Intuizio kontrakoak diruditen emaitza hauek proiektu honekin eta DIII-D-ri buruzko etorkizuneko esperimentuei dagokienez desbideratzaileen modelatze-ahaleginak berresten ari dira.

Proiektu honetan Ipar Amerika osoko aditu talde batek hartu zuen parte, besteak beste, Princeton Plasma Physics Laboratory, Lawrence Livermore National Laboratory, Sandia National Laboratories, ORNL, General Atomics, Auburn Unibertsitatea, Kaliforniako San Diegoko Unibertsitatea, Torontoko Unibertsitatea, kolaboratzaileak barne. Tennessee-Knoxville-ko Unibertsitatea eta Wisconsin-Madison-eko Unibertsitatea, plasma-materialen elkarrekintza ikertzeko tresna esanguratsu bat eskaini baitzuten. DOEren Zientzia Bulegoak (Fusion Energy Sciences) laguntza eman zuen ikerketarako.

Taldeak urte hasieran argitaratu zuen ikerketa sarean aldizkarianFusio Nuklearra.

Ikerketak berehala mesede egin diezaieke Joint European Torus, edo JET, eta ITERri, orain eraikitzen ari diren Cadarachen (Frantzia), biak ala biek tungstenozko armadura erabiltzen baitute desbideratzeko.

"Baina ITER eta JETetik haratago gauzak aztertzen ari gara, etorkizuneko fusio-erreaktoreak aztertzen ari gara", esan zuen Unterbergek. “Non da onena wolframioa jartzea, eta non jarri behar duzu wolframioa? Gure azken helburua gure fusio-erreaktoreak blindatzea da, datozenean, modu adimentsu batean».

Unterberg-ek esan zuen ORNLren Isotopo Egonkorren Talde bereziak, isotopo-estaldura aberastua garatu eta probatu zuena esperimenturako erabilgarria den forma batean jarri aurretik, ikerketa posible egin zuela. Isotopo hori ez zen inon eskuragarri egongo ORNL-ko Isotopoen Garapen Zentro Nazionaletik, ia isotopikoki bereizita dauden elementu guztien biltegia mantentzen baitu, esan zuen.

"ORNLek espezializazio berezia eta ikerketa mota honetarako nahi bereziak ditu", esan zuen Unterbergek. "Isotopoak garatzeko eta horiek mundu osoko aplikazio ezberdinetan ikerketa mota guztietan erabiltzeko ondare luzea dugu".

Horrez gain, ORNLk US ITER kudeatzen du.

Ondoren, taldeak itxura ezberdineko desbideratzaileetan wolframioa jartzeak nukleoaren kutsadura nola eragin dezakeen aztertuko du. Desbideratzaileen geometria desberdinek plasma-material elkarrekintzak nukleoko plasman eragin ditzaketen ondorioak minimizatu ditzakete, teorizatu dute. Desbideratzaile baten forma onena ezagutzeak -magnetikoki mugatutako plasma-gailu baterako beharrezkoa den osagaia-, zientzialariak urrats bat gehiago hurbilduko lituzke plasma erreaktore bideragarri batera.

"Gizarte gisa, energia nuklearra gertatzea nahi dugula esaten badugu eta hurrengo fasera pasatu nahi badugu", esan zuen Unterbergek, "fusioa graal santua izango litzateke".