Bidh an taobh a-staigh de reactaran lùth fusion niùclasach san àm ri teachd am measg nan àrainneachdan as cruaidhe a chaidh a dhèanamh a-riamh air an Talamh. Dè a tha làidir gu leòr airson taobh a-staigh reactar fusion a dhìon bho shruthan teas dèanta le plasma coltach ri spàlaichean fànais a thig a-steach do dh’ àile na Talmhainn?

Chleachd luchd-rannsachaidh ORNL tungstain nàdarrach (buidhe) agus tungsten beairteach (orains) gus lorg fhaighinn air bleith, còmhdhail agus ath-shuidheachadh tungsten. Is e tungsten am prìomh roghainn airson armachd taobh a-staigh inneal fusion.

Tha Zeke Unterberg agus an sgioba aige aig Obair-lann Nàiseanta Oak Ridge aig Roinn an Lùtha an-dràsta ag obair leis a’ phrìomh thagraiche: tungsten, aig a bheil an ìre leaghaidh as àirde agus an cuideam vapor as ìsle de gach meatailt air a’ chlàr ràitheil, a bharrachd air neart tensile fìor àrd - togalaichean a tha ga dhèanamh freagarrach airson droch dhìol a ghabhail airson amannan fada. Tha iad ag amas air tuigse fhaighinn air mar a dh’ obraicheadh ​​tungsten taobh a-staigh reactair fusion, inneal a bhios a’ teasachadh dadaman solais gu teòthachd nas teotha na cridhe na grèine gus am bi iad a’ leaghadh agus a’ leigeil às lùth. Tha gas haidridean ann an reactair fusion air a thionndadh gu plasma haidridean - staid de stuth a tha air a dhèanamh suas de ghas pàirt ianaichte - a tha an uairsin air a chuingealachadh ann an sgìre bheag le raointean magnetach làidir no lasers.

“Chan eil thu airson rudeigin a chuir anns an reactair agad nach mair ach latha no dhà," thuirt Unterberg, àrd neach-saidheans rannsachaidh ann an Roinn Cumhachd Fusion aig ORNL. “Tha thu airson beatha gu leòr a bhith agad. Bidh sinn a’ cur tungsten ann an ceàrnaidhean far a bheil sinn an dùil gum bi spreadhadh plasma gu math àrd ann. ”

Ann an 2016, thòisich Unterberg agus an sgioba a’ dèanamh dheuchainnean anns an tokamak, reactair fusion a bhios a’ cleachdadh raointean magnetach gus fàinne plasma a chumail, aig Goireas Fusion Nàiseanta DIII-D, goireas luchd-cleachdaidh Oifis Saidheans DOE ann an San Diego. Bha iad airson faighinn a-mach an gabhadh tungsten a chleachdadh gus armachd a dhèanamh air seòmar falamh an tokamak - ga dhìon bho sgrios luath air adhbhrachadh le buaidhean plasma - gun a bhith a’ truailleadh am plasma fhèin gu mòr. Dh’ fhaodadh an truailleadh seo, mura tèid a riaghladh gu leòr, am freagairt fusion a chuir às.

“Bha sinn a’ feuchainn ri faighinn a-mach dè na raointean san t-seòmar a bhiodh gu sònraichte dona: far an robh an tungsten nas dualtaiche neo-chunbhalachd a ghineadh a dh ’fhaodadh am plasma a thruailleadh," thuirt Unterberg.

Gus sin a lorg, chleachd an luchd-rannsachaidh isotope saidhbhir tungstain, W-182, còmhla ris an isotope gun atharrachadh, gus bleith, còmhdhail agus ath-shuidheachadh tungstain a lorg bhon taobh a-staigh den inneal-sgaoilidh. Le bhith a’ coimhead air gluasad tungsten taobh a-staigh an dàibheadh ​​​​- àite taobh a-staigh an t-seòmar falamh a chaidh a dhealbhadh gus plasma agus neo-chunbhalachd a chuir air falbh - thug e dhaibh dealbh nas soilleire air mar a bhios e a’ bleith bho uachdar taobh a-staigh an tokamak agus ag eadar-obrachadh leis a ’phlasma. Tha na h-aon fheartan fiosaigeach agus ceimigeach aig an isotope tungstain beairteach ri tungsten àbhaisteach. Chleachd na deuchainnean aig DIII-D cuir a-steach beaga meatailt air an còmhdach leis an isotope saidhbhir air a chuir faisg air, ach chan ann aig, an sòn flux teas as àirde, àite san t-soitheach ris an canar mar as trice sgìre targaid an divertor. Air leth, ann an sgìre tar-chuir leis na sruthan as àirde, am puing stailc, chleachd luchd-rannsachaidh cuir a-steach leis an isotope gun atharrachadh. Tha an còrr den t-seòmar DIII-D air a sgeadachadh le grafait.

Leig an stèidheachadh seo leis an luchd-rannsachaidh sampallan a chruinneachadh air probes sònraichte a chaidh a chuir a-steach airson ùine ghoirid san t-seòmar gus sruth neo-chunbhalachd a thomhas gu agus bho armachd an t-soithich, a dh’ fhaodadh beachd nas mionaidiche a thoirt dhaibh air far an robh an tungsten a bha air a dhol a-mach às an dàibheadh ​​​​a-steach don t-seòmar. thùs.

“Le bhith a’ cleachdadh an isotope beairteach thug sin lorgan-meòir sònraichte dhuinn, ”thuirt Unterberg.

B’ e seo a’ chiad deuchainn den leithid a chaidh a dhèanamh ann an inneal fusion. B’ e aon amas a bhith a’ dearbhadh na stuthan agus an t-àite as fheàrr airson na stuthan sin airson armachd seòmar, agus aig an aon àm a’ cumail neo-chunbhalachd air adhbhrachadh le eadar-obrachaidhean stuth-plasma a bha gu ìre mhòr air an tar-chuir agus gun a bhith a’ truailleadh a’ phlasma cridhe cuibhrichte le magnet a chaidh a chleachdadh gus fusion a dhèanamh.

Is e aon dhuilgheadas le dealbhadh agus obrachadh luchd-tar-chuir truailleadh truailleadh anns a’ phlasma air adhbhrachadh le modhan iomall-ionadail, no ELMs. Faodaidh cuid de na tachartasan luath, àrd-lùth sin, coltach ri lasraichean grèine, milleadh no sgrios a dhèanamh air pàirtean shoithichean leithid lannan tar-chuir. Tha tricead ELMn, na h-amannan gach diog a bhios na tachartasan sin a’ tachairt, na chomharradh air an ìre de lùth a chaidh a leigeil ma sgaoil bhon phlasma chun bhalla. Faodaidh ELMan àrd-tricead meudan ìosal de phlasma a leigeil ma sgaoil airson gach sprèadhadh, ach mura h-eil na ELMan cho tric, tha am plasma agus an lùth a thèid a leigeil ma sgaoil gach sprèadhadh àrd, le barrachd coltachd airson milleadh. Tha rannsachadh o chionn ghoirid air coimhead air dòighean air smachd a chumail air agus àrdachadh tricead ELMn, leithid le in-stealladh pellet no raointean magnetach a bharrachd aig meudan glè bheag.

Lorg sgioba Unterberg, mar a bha iad an dùil, le bhith a’ faighinn an tungsten fada bhon àite-stailc àrd-shruth gu mòr air an coltachd de thruailleadh nuair a bhios iad fosgailte do ELMan tricead ìosal aig a bheil susbaint lùtha nas àirde agus conaltradh uachdar gach tachartas. A bharrachd air an sin, lorg an sgioba gu robh an roinn thar-targaid seo nas buailtiche truailleadh a dhèanamh air an SOL eadhon ged a tha sruthan nas ìsle aige sa chumantas na an ìre-stailc. Tha na toraidhean sin a tha coltach ri mì-thuigse gan dearbhadh le oidhirpean modaladh luchd-siubhail leantainneach a thaobh a’ phròiseict seo agus deuchainnean san àm ri teachd air DIII-D.

Bha sgioba de eòlaichean an sàs anns a’ phròiseact seo bho air feadh Ameireaga a-Tuath, a’ gabhail a-steach co-oibrichean bho Saotharlann Fiosaig Plasma Princeton, Saotharlann Nàiseanta Lawrence Livermore, Sandia National Laboratories, ORNL, General Atomics, Oilthigh Auburn, Oilthigh California aig San Diego, Oilthigh Toronto, Oilthigh Tennessee - Knoxville, agus Oilthigh Wisconsin-Madison, leis gu robh e na inneal cudromach airson rannsachadh eadar-obrachadh stuthan plasma. Thug Oifis Saidheans an DOE (Fusion Energy Sciences) taic don sgrùdadh.

Dh’fhoillsich an sgioba rannsachadh air-loidhne na bu thràithe am-bliadhna anns an irisFusion Niùclasach.

Dh’ fhaodadh an rannsachadh buannachd sa bhad a thoirt don Cho-Torus Eòrpach, no JET, agus ITER, a tha a-nis gan togail ann an Cadarache, san Fhraing, a tha le chèile a’ cleachdadh armachd tungstain airson an neach-tar-chuir.

“Ach tha sinn a’ coimhead air rudan nas fhaide na ITER agus JET - tha sinn a ’coimhead air reactaran fusion san àm ri teachd," thuirt Unterberg. “Càit a bheil e nas fheàrr tungsten a chur, agus càite nach cuir thu tungsten? Is e ar n-amas deireannach armachd a thoirt dha na reactaran fusion againn, nuair a thig iad, ann an dòigh sgiobalta.”

Thuirt Unterberg gun do rinn Buidheann Isotopes Stàbaill sònraichte ORNL, a leasaich agus a rinn deuchainn air an còmhdach isotope beairteach mus do chuir e ann an cruth a bha feumail airson an deuchainn, an rannsachadh comasach. Cha bhiodh an isotope sin air a bhith ri fhaighinn an àite sam bith ach bhon Ionad Leasachaidh Isotope Nàiseanta aig ORNL, a tha a’ cumail suas cruinneachadh de cha mhòr a h-uile eileamaid a tha air an sgaradh gu isotopically, thuirt e.

“Tha eòlas sònraichte aig ORNL agus miann sònraichte airson an seòrsa sgrùdaidh seo," thuirt Unterberg. “Tha dìleab fhada againn ann a bhith a’ leasachadh isotopan agus a’ cleachdadh an fheadhainn anns a h-uile seòrsa de rannsachadh ann an diofar thagraidhean air feadh an t-saoghail.”

A bharrachd air an sin, bidh ORNL a’ riaghladh US ITER.

An ath rud, seallaidh an sgioba air mar a dh’ fhaodadh a bhith a’ cur tungsten a-steach do dhraibhearan ann an cumadh eadar-dhealaichte buaidh a thoirt air truailleadh a’ chridhe. Dh’ fhaodadh diofar gheoimeatraidh divertor buaidh eadar-obrachaidhean stuth-plasma air a’ phrìomh phlasma a lughdachadh, tha iad air teòiridh a dhèanamh. Le bhith eòlach air an cumadh as fheàrr airson inneal-sgaoilidh - pàirt riatanach airson inneal plasma cuibhrichte le magnet - chuireadh luchd-saidheans ceum nas fhaisge air reactair plasma obrachail.

“Ma chanas sinne, mar chomann, gu bheil sinn airson gun tachair lùth niuclasach, agus gu bheil sinn airson gluasad chun ath ìre," thuirt Unterberg, “b’ e fusion an t-soitheach naomh. ”