Beidh an taobh istigh d’imoibreoirí fuinnimh comhleá núicléach amach anseo i measc na dtimpeallachtaí is géire a táirgeadh ar domhan riamh. Cad atá láidir go leor chun an taobh istigh d'imoibreoir comhleá a chosaint ó shruthanna teasa plasma-tháirgthe cosúil le eiteáin spáis a théann isteach arís in atmaisféar an Domhain?

Bhain taighdeoirí ORNL úsáid as tungstain nádúrtha (buí) agus tungstain saibhrithe (oráiste) chun creimeadh, iompar agus athshuíomh tungstain a rianú. Is é tungstain an príomhrogha chun armúr a dhéanamh ar an taobh istigh de ghléas comhleá.

Tá Zeke Unterberg agus a fhoireann ag Saotharlann Náisiúnta Oak Ridge na Roinne Fuinnimh ag obair leis an iarrthóir is mó le rá faoi láthair: tungstain, a bhfuil an leáphointe is airde agus an brú gaile is ísle de na miotail go léir ar an tábla peiriadach, chomh maith le neart teanntachta an-ard - airíonna a fhágann go bhfuil sé oiriúnach go maith mí-úsáid a ghlacadh ar feadh tréimhsí fada ama. Tá siad dírithe ar thuiscint a fháil ar an gcaoi a n-oibreodh tungstan taobh istigh d’imoibreoir comhleá, gléas a théann adaimh solais go dtí teochtaí níos teo ná croí na gréine ionas go ndéanann siad comhleá agus fuinneamh a scaoileadh. Déantar gás hidrigine in imoibreoir comhleá a thiontú go plasma hidrigine — staid ábhair atá comhdhéanta de ghás páirt-ianaithe — atá teoranta ansin i réigiún beag ag réimsí láidre maighnéadacha nó léasair.

“Ní theastaíonn uait rud éigin a chur i d’imoibreoir a mhairfidh cúpla lá,” a dúirt Unterberg, eolaí taighde sinsearach i Rannán Fusion Energy ORNL. “Ba mhaith leat a dhóthain saoil a bheith agat. Cuirimid tungstan i gceantair ina bhfuil súil againn go mbeidh buamáil plasma an-ard ann.”

In 2016, thosaigh Unterberg agus an fhoireann ag déanamh turgnaimh sa tokamak, imoibreoir comhleá a úsáideann réimsí maighnéadacha chun fáinne plasma a choinneáil, ag an Áis Náisiúnta Comhleá DIII-D, saoráid úsáideora Oifig Eolaíochta an DOE i San Diego. Theastaigh uathu a fháil amach an bhféadfaí tungstain a úsáid chun seomra folúis an tokamak a armúr - é a chosaint ó scrios tapa de bharr éifeachtaí plasma - gan an plasma féin a thruailliú go mór. D'fhéadfadh an t-éilliú seo, mura ndéantar é a bhainistiú go leordhóthanach, an imoibriú comhleá a mhúchadh.

“Bhí muid ag iarraidh a chinneadh cad iad na réimsí sa seomra a bheadh ​​go háirithe dona: áit a raibh an tungstain is dóichí chun eisíontais a ghiniúint a d’fhéadfadh an plasma a éilliú,” a dúirt Unterberg.

Chun é sin a fháil, d'úsáid na taighdeoirí iseatóp saibhrithe tungstain, W-182, in éineacht leis an iseatóp neamhmhodhnaithe, chun creimeadh, iompar agus athshuíomh tungstain a rianú ón taobh istigh den chlaontóir. Ag féachaint ar ghluaiseacht tungstain laistigh den chlaontóir - limistéar laistigh den seomra folúis atá deartha chun plasma agus eisíontais a atreorú - thug sé pictiúr níos soiléire dóibh ar an gcaoi a gcreimeann sé ó dhromchlaí laistigh den tócamac agus a idirghníomhaíonn sé leis an plasma. Tá na hairíonna fisiceacha agus ceimiceacha céanna ag an iseatóp tungstain saibhrithe agus atá tungstain rialta. Bhain na turgnaimh ag DIII-D úsáid as ionsáigh mhiotail bheaga a bhí brataithe leis an iseatóp saibhrithe a cuireadh in aice leis an gcrios flosc teasa is airde, ach nach bhfuil ag an gceann sin, limistéar san árthach ar a dtugtar réigiún i bhfad-sprioc an chlaontaeora de ghnáth. Ar leithligh, ag réigiún claonta leis na floscanna is airde, an pointe stailce, bhain na taighdeoirí úsáid as iatáin leis an iseatóp neamhmhodhnaithe. Tá an chuid eile den seomra DIII-D armúrtha le graifít.

Cheadaigh an socrú seo do thaighdeoirí samplaí a bhailiú ar thaiscéalaithe speisialta a cuireadh isteach go sealadach sa seomra chun sreabhadh eisíontas chuig armúr an tsoithigh agus uaidh a thomhas, rud a d'fhéadfadh tuairim níos cruinne a thabhairt dóibh ar an áit a raibh an tungstain a sceitheadh ​​ón chlaontóir isteach sa seomra. d'eascair.

“Thug baint úsáide as an iseatóp saibhrithe méarloirg uathúil dúinn,” a dúirt Unterberg.

Ba é an chéad turgnamh dá leithéid a rinneadh i bhfeiste comhleá. Sprioc amháin a bhí ann ná na hábhair agus an suíomh is fearr a aimsiú do na hábhair seo le haghaidh armúrtha cuasáin, agus neamhíonachtaí de bharr idirghníomhaíochtaí plasma-ábhar a choinneáil den chuid is mó don chlaontóir agus nach n-éilíonn an croíphlasma maighnéad-teoranta a úsáidtear chun comhleá a tháirgeadh.

Castacht amháin a bhaineann le dearadh agus oibriú claontóirí is ea éilliú eisíontas sa phlasma de bharr modhanna imeall-áitithe, nó ELManna. Is féidir le cuid de na teagmhais thapa ardfhuinnimh seo, cosúil le bladhmanna gréine, damáiste a dhéanamh do chomhpháirteanna soithigh ar nós plátaí claonta nó iad a scrios. Is táscaire é minicíocht na ELManna, na hamanna in aghaidh an tsoicind a tharlaíonn na himeachtaí seo, ar an méid fuinnimh a scaoiltear ón plasma go dtí an balla. Is féidir le ELManna ard-minicíochta méideanna íseal plasma a scaoileadh in aghaidh an bhrúchta, ach mura bhfuil na ELManna chomh minic, tá an plasma agus an fuinneamh a scaoiltear in aghaidh an brúchtúcháin ard, agus tá dóchúlacht níos mó ann go ndéanfar damáiste. D'fhéach taighde le déanaí ar bhealaí chun minicíocht ELManna a rialú agus a mhéadú, mar shampla trí instealladh millíní nó réimsí maighnéadacha breise ar mhéideanna an-bheag.

Fuair ​​​​foireann Unterberg amach, mar a bhí siad ag súil leis, gur mhéadaigh an tungstain i bhfad ón bpointe stailce ardfhlosca go mór an dóchúlacht go dtarlódh éilliúchán nuair a bhí sé faoi lé ELManna íseal-minicíochta a bhfuil ábhar fuinnimh níos airde agus teagmháil dromchla acu in aghaidh an teagmhais. Ina theannta sin, fuair an fhoireann amach go raibh an réigiún i bhfad-sprioc claontóra seo níos mó seans ann go n-éilleofaí an SOL cé go bhfuil sreabha níos ísle aige go ginearálta ná an pointe stailce. Tá na torthaí seo atá frithiomasach de réir cosúlachta á ndeimhniú ag iarrachtaí samhaltaithe leanúnacha an chlaontaeora maidir leis an tionscadal seo agus turgnaimh amach anseo ar DIII-D.

Bhí foireann saineolaithe ó Mheiriceá Thuaidh páirteach sa tionscadal seo, lena n-áirítear comhoibrithe ó Saotharlann Fisice Plasma Princeton, Saotharlann Náisiúnta Lawrence Livermore, Saotharlanna Náisiúnta Sandia, ORNL, General Atomics, Ollscoil Auburn, Ollscoil California ag San Diego, Ollscoil Toronto, Ollscoil Tennessee-Knoxville, agus Ollscoil Wisconsin-Madison, toisc gur sholáthair sé uirlis shuntasach le haghaidh taighde idirghníomhaíochta plasma-ábhar. Chuir Oifig Eolaíochta an DOE (Eolaíochtaí Fuinnimh Comhleá) tacaíocht ar fáil don staidéar.

D’fhoilsigh an fhoireann taighde ar líne níos luaithe i mbliana san irisleabharComhleá Núicléach.

D’fhéadfadh an taighde dul chun sochair láithreach don Chomhthorus Eorpach, nó JET, agus ITER, atá á dtógáil anois i gCadharache, an Fhrainc, a úsáideann armúr tungstain don chlaontóir.

“Ach táimid ag féachaint ar rudaí lasmuigh de ITER agus JET - táimid ag féachaint ar imoibreoirí comhleá na todhchaí,” a dúirt Unterberg. “Cá háit is fearr tungstan a chur, agus cá háit nár cheart duit tungstan a chur? Is é ár gcuspóir deiridh ár n-imoibreoirí comhleá a armúr, nuair a thagann siad, ar bhealach cliste.”

Dúirt Unterberg go ndearna Grúpa Iseatóip Cobhsaí uathúil ORNL, a d'fhorbair agus a thástáil an sciath iseatóp saibhrithe sular cuireadh i bhfoirm úsáideach é don turgnamh, an taighde indéanta. Ní bheadh ​​an t-iseatóp sin ar fáil in áit ar bith ach ón Lárionad Forbartha Iseatóp Náisiúnta ag ORNL, a choinníonn stoc-charn de bheagnach gach eilimint atá scartha go iseatópach, a dúirt sé.

“Tá saineolas uathúil agus mianta ar leith ag ORNL don chineál seo taighde,” a dúirt Unterberg. “Tá oidhreacht fhada againn ó thaobh iseatóip a fhorbairt agus iad sin a úsáid i ngach cineál taighde i bhfeidhmeanna éagsúla ar fud an domhain.”

Ina theannta sin, bainistíonn ORNL US ITER.

Ansin, breathnóidh an fhoireann ar conas a d’fhéadfadh tionchar a bheith ag éilliú an chroí trí tungstain a chur isteach i gclaontaí de chruthanna éagsúla. D'fhéadfadh céimseataí éagsúla atreoraithe éifeachtaí idirghníomhaíochtaí plasma-ábhar ar an gcroí-phlasma a íoslaghdú, tá teoiricithe acu. Dá mbeadh an cruth is fearr ar chlaontóir ar an eolas - comhpháirt riachtanach d'fheiste plasma atá teoranta ó thaobh maighnéadach de - chuirfí eolaithe céim níos gaire d'imoibreoir plasma inmharthana.

“Má deirimid, mar shochaí, go dteastaíonn uainn go dtarlódh fuinneamh núicléach, agus gur mhaith linn bogadh go dtí an chéad chéim eile,” a dúirt Unterberg, “is éard a bheadh ​​i gcomhleá mar shoitheach naofa.”