Andedan fiti réacteurs enèji fizyon nikleyè yo pral pami anviwònman ki pi difisil yo te janm pwodwi sou Latè. Ki sa ki fò ase pou pwoteje andedan yon reyaktè fizyon kont flux chalè ki pwodui nan plasma ki sanble ak navèt espasyèl k ap antre nan atmosfè Latè?

Chèchè ORNL yo te itilize tengstèn natirèl (jòn) ak tengstèn anrichi (zoranj) pou trase ewozyon, transpò ak redepozisyon tengstèn. Tengstèn se opsyon ki mennen nan blende andedan yon aparèy fizyon.

Zeke Unterberg ak ekip li a nan laboratwa nasyonal Oak Ridge Depatman Enèji yo ap travay kounye a ak kandida prensipal la: tengstèn, ki gen pi gwo pwen k ap fonn ak presyon vapè ki pi ba nan tout metal yo sou tablo peryodik la, ansanm ak fòs rupture trè wo— pwopriyete ki fè li byen adapte pou pran abi pou peryòd tan ki long. Yo konsantre sou konpreyansyon ki jan tengstèn ta travay andedan yon raktor fizyon, yon aparèy ki chofe atòm limyè nan tanperati ki pi cho pase nwayo solèy la pou yo fusion ak lage enèji. Gaz idwojèn nan yon raktor fizyon konvèti nan plasma idwojèn—yon eta matyè ki gen ladan gaz ki pasyèlman iyonize—ki se lè sa a fèmen nan yon ti rejyon pa gwo jaden mayetik oswa lazè.

"Ou pa vle mete yon bagay nan raktor ou a ki dire sèlman yon koup de jou," te di Unterberg, yon syantis rechèch ansyen nan Divizyon Enèji Fusion ORNL la. "Ou vle gen ase lavi. Nou mete tengstèn nan zòn kote nou prevwa pral gen bonbadman plasma trè wo.”

An 2016, Unterberg ak ekip la te kòmanse fè eksperyans nan tokamak, yon reyaktè fizyon ki sèvi ak chan mayetik pou genyen yon bag plasma, nan DIII-D National Fusion Facility, yon etablisman itilizatè DOE Office of Science nan San Diego. Yo te vle konnen si yo ta ka itilize tengstèn pou blende chanm vakyòm tokamak la—pwoteje l kont destriksyon rapid ki te koze pa efè plasma a—san yo pa kontamine anpil plasma a li menm. Kontaminasyon sa a, si se pa ase jere, ta ka finalman etenn reyaksyon fizyon an.

"Nou t ap eseye detèmine ki zòn nan chanm lan ta patikilyèman move: kote tengstèn la te gen plis chans pou jenere enpurte ki ka kontamine plasma a," Unterberg te di.

Pou jwenn sa, chèchè yo te itilize yon izotòp anrichi nan tengstèn, W-182, ansanm ak izotòp ki pa modifye a, pou trase ewozyon, transpò ak redepozisyon tengstèn soti nan divertor la. Lè w gade mouvman tengstèn nan divertor a—yon zòn nan chanm vakyòm ki fèt pou devye plasma ak enpurte—bay yo yon imaj pi klè sou fason li erode nan sifas ki nan tokamak la epi kominike avèk plasma a. Izotòp tengstèn anrichi a gen menm pwopriyete fizik ak chimik ak tengstèn regilye. Eksperyans yo nan DIII-D yo te itilize ti metal foure kouvwi ak izotòp anrichi yo mete tou pre, men se pa nan, zòn ki pi wo flux chalè, yon zòn nan veso a anjeneral yo rele divertor rejyon byen lwen-sib la. Separeman, nan yon rejyon divertor ak pi gwo flux yo, pwen grèv la, chèchè yo te itilize foure ak izotòp ki pa modifye. Rès chanm DIII-D a blende ak grafit.

Konfigirasyon sa a te pèmèt chèchè yo kolekte echantiyon sou sond espesyal ki mete tanporèman nan chanm lan pou mezire koule enpurte ale ak soti nan blende veso a, sa ki ka ba yo yon lide pi presi sou kote tengstèn ki te koule lwen divertor la nan chanm lan te genyen. soti.

"Sèvi ak izotòp anrichi a te ban nou yon anprent inik," Unterberg te di.

Se te premye eksperyans sa yo ki te fèt nan yon aparèy fizyon. Youn nan objektif se te detèmine pi bon materyèl ak kote pou materyèl sa yo pou blende chanm, pandan y ap kenbe enpurte ki te koze pa entèraksyon plasma-materyèl lajman ki genyen nan divertor a epi yo pa kontamine plasma nwayo leman-konfine yo itilize yo pwodwi fizyon.

Yon konplikasyon ak konsepsyon ak operasyon divertors se kontaminasyon enpurte nan plasma a ki te koze pa mòd kwen lokalize, oswa ELM. Gen kèk nan evènman rapid sa yo ki gen gwo enèji, ki sanble ak eklatman solè, ka domaje oswa detwi eleman veso yo tankou plak divertor. Frekans ELM yo, fwa yo pa segonn evènman sa yo rive, se yon endikatè nan kantite enèji ki soti nan plasma a nan miray la. ELM segondè-frekans yo ka lage kantite ki ba nan plasma pou chak eripsyon, men si ELM yo mwens souvan, plasma a ak enèji ki lage pou chak eripsyon se wo, ak yon pi gwo pwobabilite pou domaj. Rechèch ki sot pase yo te gade fason pou kontwole ak ogmante frekans ELM yo, tankou piki granules oswa jaden mayetik adisyonèl nan grandè piti anpil.

Ekip Unterberg a te jwenn, jan yo te espere, ke gen tengstèn la lwen gwo-flux pwen grèv la anpil ogmante pwobabilite pou kontaminasyon lè yo ekspoze a ELM ba-frekans ki gen pi gwo kontni enèji ak kontak sifas pou chak evènman. Anplis de sa, ekip la te jwenn ke rejyon divertor byen lwen-sib sa a te gen plis tandans pou kontaminasyon SOL la menm si li jeneralman gen pi ba flux pase pwen grèv la. Rezilta sa yo ki sanble counterintuitive konfime pa efò modle divertor kontinyèl an relasyon ak pwojè sa a ak eksperyans nan lavni sou DIII-D.

Pwojè sa a te enplike yon ekip ekspè nan tout Amerik di Nò, ki gen ladan kolaboratè nan Princeton Plasma Physics Laboratory, Lawrence Livermore National Laboratory, Sandia National Laboratories, ORNL, General Atomics, Auburn University, University of California nan San Diego, University of Toronto, University of Tennessee—Knoxville, ak University of Wisconsin-Madison, paske li te bay yon zouti enpòtan pou rechèch entèraksyon plasma-materyèl. Biwo Syans DOE a (Syans Enèji Fusion) te bay sipò pou etid la.

Ekip la te pibliye rechèch sou entènèt pi bonè ane sa a nan jounal laFizyon nikleyè.

Rechèch la ta ka imedyatman benefisye Joint Ewopeyen Torus la, oswa JET, ak ITER, kounye a sou konstriksyon nan Cadarache, Lafrans, tou de nan yo ki itilize zam tengstèn pou divertor la.

"Men, nou ap gade nan bagay sa yo pi lwen pase ITER ak JET-n ap gade nan reyaktè yo fizyon nan lavni an," Unterberg te di. "Ki kote li pi bon pou mete tengstèn, ak ki kote ou pa ta dwe mete tengstèn? Objektif final nou se blende reyaktè fizyon nou yo, lè yo vini, nan yon fason entelijan.”

Unterberg te di ORNL a inik Stable Isotopes Group, ki te devlope ak teste kouch izotòp anrichi anvan yo mete l nan yon fòm itil pou eksperyans lan, te fè rechèch la posib. Izotòp sa a pa t ap disponib nenpòt kote men nan Sant Nasyonal Devlopman Isotop nan ORNL, ki kenbe yon rezèv prèske chak eleman izotopik separe, li te di.

"ORNL gen ekspètiz inik ak dezi patikilye pou kalite rechèch sa a," Unterberg te di. "Nou gen yon eritaj lontan nan devlope izotòp ak itilize sa yo nan tout kalite rechèch nan diferan aplikasyon atravè mond lan."

Anplis de sa, ORNL jere US ITER.

Apre sa, ekip la pral gade ki jan mete tengstèn nan divertors ki gen fòm diferan ta ka afekte kontaminasyon nwayo a. Jeyometri divertor diferan ta ka minimize efè entèraksyon plasma-materyèl sou plasma debaz la, yo te teorize. Konnen fòm ki pi bon pou yon divertor-yon eleman nesesè pou yon aparèy plasma mayetik-konfine-ta mete syantis yo yon etap pi pre yon raktor plasma solid.

"Si nou, kòm yon sosyete, di nou vle enèji nikleyè rive, epi nou vle ale nan pwochen etap la," Unterberg te di, "fizyon ta dwe Graal sen."