Hundirê reaktorên enerjiya fusiona nukleerî ya pêşerojê dê di nav hawîrdorên herî dijwar de be ku heya niha li ser Erdê hatî hilberandin. Çi têra xwe xurt e ku hundurê reaktorek fusionê ji herikîna germê ya ku ji plazmayê tê hilberandin wekî gemiyên fezayê yên ku vedigerin atmosfera Dinyayê biparêzin?

Lêkolînerên ORNL tungstenê xwezayî (zer) û tungstenê dewlemendkirî (porteqalî) bikar anîn da ku erozyona, veguheztin û vegerandina tungstenê bişopînin. Tungsten vebijarka pêşeng e ku di hundurê amûrek fusionê de zirx dike.

Zeke Unterberg û ekîba wî li Laboratoriya Neteweyî ya Wezareta Enerjiyê ya Oak Ridge niha bi berendamê sereke re dixebitin: tungsten, ku xwedan xala helînê ya herî bilind û zexta buharê ya herî nizim e ji hemî metalên li ser tabloya demkî, û her weha hêza tansiyonê ya pir bilind- Taybetmendiyên ku wê baş guncan e ku meriv ji bo demên dirêj îstismar bike. Ew balê dikişînin ser famkirina ka tungsten dê çawa di hundurê reaktorek fusionê de bixebite, amûrek ku atomên ronahiyê li germahiyên ji navika rojê germtir germ dike da ku ew li hev bikin û enerjiyê berdin. Gaza hîdrojenê ya di reaktora fusionê de vediguhere plazmaya hîdrojenê - rewşek maddeyê ku ji gaza qismî îyonîzekirî pêk tê - ku paşê li herêmek piçûk bi qadên magnetîkî yên bihêz an lazeran ve tê dorpêç kirin.

"Hûn naxwazin tiştek di reaktora xwe de bixin ku tenê du rojan dom dike," got Unterberg, zanyarê lêkolînê yê payebilind di Beşa Enerjiya Fusionê ya ORNL de. "Hûn dixwazin jiyanek têr hebe. Em li herêmên ku em pêşbînî dikin dê bombardumaneke pir zêde ya plazmayê çêbibe, me tungsten datîne."

Di sala 2016-an de, Unterberg û tîmê dest bi ceribandinan kirin li tokamak, reaktorek fusionê ku zeviyên magnetîkî bikar tîne da ku zengilek plazmayê bigire, li Tesîsa Fusion Neteweyî ya DIII-D, sazgehek bikarhêner a Ofîsa Zanistî ya DOE li San Diego. Wan dixwest zanibin ka tungsten dikare ji bo zirxkirina jûreya valahiya tokamakê-parastina wê ji hilweşîna bilez a ku ji ber bandorên plazmayê çêdibe- were bikar anîn-bêyî ku plazmayê xwe bi giranî qirêj bike. Ev gemarî, ger bi têra xwe neyê rêvebirin, dikare di dawiyê de reaksiyona fusionê bitemirîne.

"Me hewl dida ku em diyar bikin ka kîjan deverên di odeyê de dê bi taybetî xirab bin: cihê ku tungsten bi îhtîmalek mezin çêdibe ku nepakiyên ku dikarin plazmayê qirêj bikin," Unterberg got.

Ji bo dîtina wê, lêkolîneran îsotek dewlemendkirî ya tungstenê, W-182, ligel îzotopa neguhêrbar bikar anîn, da ku erozyona, veguheztin û veguheztina tungstenê ji hundurê veguhêz bişopînin. Nêrîna li tevgera tungstenê ya di hundurê vekêşanê de -herêmek di hundurê jûreya valahiyê de ku ji bo veguheztina plazma û nepaqijiyan hatî çêkirin - wêneyek zelaltir da wan ka ew çawa ji rûberên di nav tokamakê de diherike û bi plazmayê re têkildar dibe. Îzotopa tungstenê ya dewlemendkirî xwediyê heman taybetmendiyên fizîkî û kîmyewî yên wekî tungstena birêkûpêk e. Ceribandinên li DIII-D têlên piçûk ên metal ên ku bi îzotopa dewlemendkirî ya ku li nêzî, lê ne li, qada herikîna germê ya herî bilind, deverek di keştiyê de ku bi gelemperî jê re devera dûr-armanca veguhêz jê re tê gotin, hatine pêçan, bikar anîn. Ji hev veqetandî, li herêmek divertor a ku herikîna herî bilind, xala lêdanê, lêkoleran insertên bi îzotopa neguhêrbar bikar anîn. Bermayiya odeya DIII-D bi grafît zirxî ye.

Vê sazûmanê rê da lêkolîneran ku nimûneyên li ser sondajên taybetî yên ku demkî di odeyê de hatine danîn berhev bikin ji bo pîvandina herikîna nepakiyê ya ber û ji zirxên keştiyê, ku dikare ji wan re ramanek rasttir bide ka ka tungstenê ku ji berguhkerê di odê de diherike. esîl kirin.

"Bikaranîna îzotopa dewlemendkirî şopa tiliyek bêhempa da me," Unterberg got.

Ew ceribandina yekem bû ku di amûrek fusionê de hate kirin. Yek armanc ew bû ku meriv materyal û cîhê çêtirîn ji bo van materyalan ji bo zirxkirina odeyê were destnîşankirin, di heman demê de ku nepakiyên ku ji ber danûstendinên plazma-maddeya ku bi piranî di nav veguhezker de ne û pîsmaya bingehîn a magnet-sînorkirî ya ku ji bo hilberandina hevgirtinê tê bikar anîn, nehêle.

Yek tevliheviyek bi sêwirandin û xebitandina vekêşkeran re gemariya nepakiyê ya di plazmayê de ye ku ji hêla modên qerax-herêmî, an ELM-an ve hatî çêkirin. Hin ji van bûyerên bilez, bi enerjiya bilind, mîna çirûskên tavê, dikarin zirarê bidin pêkhateyên keştiyê yên wekî lewheyên divertorê. Frekansa ELM-an, demên di çirkeyê de van bûyeran diqewimin, nîşana mîqdara enerjiya ku ji plazmayê ber bi dîwar ve tê berdan e. ELM-yên bi frekansa bilind dikarin ji bo her teqînê mîqdarên kêm plazmayê berdin, lê heke ELM kêm be, plazma û enerjiya ku di her teqînê de tê berdan pir e, bi îhtimalek mezin a zirarê. Lêkolîna vê dawîyê li awayên kontrolkirin û zêdekirina frekansa ELM-an nihêrî, wek mînak bi derzîlêdana pellet an qadên magnetîkî yên zêde di mezinahiyên pir piçûk de.

Tîma Unterberg dît, wekî ku wan hêvî dikir, ku hebûna tungstenê dûrî xala lêdanê ya fluksa bilind, îhtîmala pîsbûnê pir zêde dike dema ku li ber ELM-yên frekansa nizm ên ku xwedan naveroka enerjiyê û pêwendiya rûkalê ya her bûyerek bilindtir in, zêde dike. Wekî din, tîmê dît ku ev devera dûr-armanca veguhezkar bêtir meyldar e ku SOL-ê pîs bike her çend ew bi gelemperî ji xala lêdanê kêmtir be jî. Van encamên xuyang ên dijberî ji hêla hewildanên domdar ên modela divertor ve girêdayî vê projeyê û ceribandinên pêşerojê yên li ser DIII-D têne pejirandin.

Di vê projeyê de tîmek pispor ji seranserê Amerîkaya Bakur beşdar bû, di nav de hevkarên ji Laboratory Physics Plasma Princeton, Laboratory National Lawrence Livermore, Sandia National Laboratories, ORNL, General Atomics, Zanîngeha Auburn, Zanîngeha California li San Diego, Zanîngeha Toronto, Zanîngeha Tennessee-Knoxville, û Zanîngeha Wisconsin-Madison, ji ber ku ew amûrek girîng peyda kir lêkolîna pêwendiya plazma-maddeyê. Ofîsa Zanistî ya DOE (Zanistên Enerjiya Fusion) piştgirî ji lêkolînê re peyda kir.

Tîmê lêkolîna serhêl di destpêka vê salê de di kovarê de weşandNuclear Fusion.

Lêkolîn dikare yekser sûdê bide Torusa Ewropî ya Hevbeş, an JET, û ITER, ku naha li Cadarache, Fransa di bin çêkirinê de ne, ku her du jî zirxên tungstenê ji bo divertor bikar tînin.

"Lê em li tiştên ji derveyî ITER û JET-ê dinêrin - em li reaktorên fusionê yên pêşerojê dinêrin," Unterberg got. "Li ku derê çêtir e ku meriv tungstenê bihêle, û hûn li ku derê nehêlin? Armanca me ya dawîn ev e ku em reaktorên xwe yên fusionê, dema ku werin, bi rengekî jîr zirx bikin."

Unterberg got ku Koma Îzotopên Stable ya ORNL ya yekta, ku pêlava îzotopê ya dewlemendkirî pêşxist û ceriband berî ku ew bixe formek kêrhatî ji bo ceribandinê, lêkolîn mimkun kir. Dê ew îzotop li tu deverekê peyda nebûya lê ji Navenda Pêşkeftina Îzotopê ya Neteweyî ya li ORNL, ku stokek hema hema her elementek bi îzotopîkî veqetandî diparêze, wî got.

"ORNL ji bo vê celebê lêkolînê pisporiyek bêhempa û daxwazên taybetî hene," Unterberg got. "Me mîrasek dirêj a pêşxistina îzotopan û karanîna wan di her cûre lêkolînan de di sepanên cihêreng ên li çaraliyê cîhanê de heye."

Wekî din, ORNL US ITER îdare dike.

Dûv re, tîmê dê binihêre ka xistina tungstenê di veguhezerên bi şeklên cûda de çawa dibe ku bandorê li pîsbûna navikê bike. Erdnîgarên cihêreng ên veguhêzkar dikarin bandorên danûstendinên plazma-maddî yên li ser plazmaya bingehîn kêm bikin, wan teorîze kiriye. Naskirina şeklê çêtirîn ji bo divertor - pêkhateyek pêdivî ya ji bo amûrek plazmaya girtî ya magnetîkî - dê zanyar gavekê nêzikî reaktorek plazmayê ya maqûl bike.

"Ger em wekî civak bibêjin ku em dixwazin enerjiya nukleerî çêbibe, û em dixwazin berbi qonaxek din ve biçin," Unterberg got, "hevhevkirin dê bibe qada pîroz."