Келечектеги ядролук синтездик энергия реакторлорунун ичи жер бетинде эч качан өндүрүлгөн эң катаал чөйрөлөрдүн бири болот. Жер атмосферасына кайра кирген космостук кемелерге окшош плазмадан пайда болгон жылуулук агымдарынан синтез реакторунун ичин коргоо үчүн эмне күчтүү?

ORNL изилдөөчүлөрү табигый вольфрамды (сары) жана байытылган вольфрамды (апельсин) колдонушкан, вольфрамдын эрозиясын, ташууларын жана кайра жайгаштырылышын байкашкан. Вольфрам - термоядролук түзүлүштүн ичин куралдандыруунун алдыңкы варианты.

Зеке Унтерберг жана анын Энергетика департаментинин Оак Ридж улуттук лабораториясындагы командасы учурда алдыңкы талапкер менен иштешүүдө: мезгилдик таблицадагы бардык металлдардын эң жогорку эрүү температурасына жана эң төмөнкү буу басымына ээ вольфрам, ошондой эле өтө жогорку керүү күчү — касиеттери аны узак убакыт бою кыянаттык менен колдонууга ылайыктуу кылат. Алар вольфрамдын термоядролук реактордо, жарык атомдорун күндүн өзөгүнөн да ысык температурага чейин ысытуучу аппараттын ичинде кандай иштээрин түшүнүүгө багытталган. Термоядролук реактордогу суутек газы суутек плазмасына — жарым-жартылай иондоштурулган газдан турган заттын абалына айландырылат, ал андан кийин кичинекей аймакта күчтүү магниттик талаалар же лазерлер менен чектелет.

ORNLдин Fusion Energy бөлүмүнүн улук изилдөөчүсү Унтерберг: "Сиз реакторуңузга бир нече күнгө гана иштей турган нерсени салгыңыз келбейт" деди. "Сиз жетиштүү өмүргө ээ болгуңуз келет. Биз вольфрамды абдан күчтүү плазма бомбалоосу болот деп күткөн жерлерге койдук.

2016-жылы Унтерберг жана команда Сан-Диегодогу DOE Office of Science колдонуучу мекемеси болгон DIII-D Улуттук Fusion Facilityде плазманын шакекчесин камтыган магниттик талааларды колдонгон токамак реакторунда эксперименттерди жүргүзө башташты. Алар вольфрамды токамактын вакуумдук камерасын куралдандыруу үчүн — аны плазманын таасиринен улам тез бузулуудан коргоо — плазманы катуу булгабастан колдонууга болорун билгиси келген. Бул булгануу, эгерде жетиштүү түрдө башкарылбаса, акыры биригүү реакциясын өчүрүшү мүмкүн.

"Биз камеранын кайсы жерлери өзгөчө начар болорун аныктоого аракет кылып жатканбыз: вольфрам плазманы булгап турган ыпластарды жаратышы мүмкүн", - деди Унтерберг.

Муну табуу үчүн, изилдөөчүлөр вольфрамдын байытылган изотопун, W-182 жана өзгөртүлбөгөн изотоп менен бирге вольфрамдын эрозиясын, ташылышын жана дивертордун ичинен кайра жайгаштырылышын байкашты. Дивертордун ичиндеги вольфрамдын кыймылын карап көрүү — вакуумдук камеранын ичиндеги плазманы жана аралашмаларды башка жакка буруш үчүн жасалган аймак — аларга анын токамактын ичиндеги беттерден эрозиясын жана плазма менен өз ара аракеттенүүсүн айкыныраак сүрөттөп берди. Байытылган вольфрам изотопу кадимки вольфрам сыяктуу эле физикалык жана химиялык касиеттерге ээ. DIII-D эксперименттеринде байытылган изотоп менен капталган кичинекей металл кошумчалары колдонулган, бирок эң жогорку жылуулук агымынын зонасына жакын эмес, идиштеги адатта дивертордук алыскы максаттуу аймак деп аталган аймак. Өзүнчө, эң жогорку агымы бар дивертивдүү аймакта изилдөөчүлөр модификацияланбаган изотопу бар кошумчаларды колдонушкан. DIII-D камерасынын калган бөлүгү графит менен брондолгон.

Бул орнотуу изилдөөчүлөргө идиштин курал-жарактарына жана андан чыккан ыпластыктын агымын өлчөө үчүн камерага убактылуу киргизилген атайын зонддорго үлгүлөрдү чогултууга мүмкүндүк берди, бул аларга дивертордон агып кеткен вольфрамдын камерага кайда кеткени жөнүндө так түшүнүк бере алат. келип чыккан.

"Байытылган изотопту колдонуу бизге уникалдуу манжа изин берди" деди Унтерберг.

Бул термоядролук түзүлүштө жүргүзүлгөн биринчи эксперимент болчу. Максаттардын бири камералык курал-жарак үчүн бул материалдар үчүн эң жакшы материалдарды жана жайгашкан жерди аныктоо, ошол эле учурда плазма-материалдык өз ара аракеттенүүлөрдүн натыйжасында пайда болгон ыпластыктарды сактоо жана биригүү үчүн колдонулган магнит менен чектелген негизги плазманы булгабоо.

Диверторлорду долбоорлоодогу жана эксплуатациялоодогу бир кыйынчылык - бул плазмадагы ыпластыктын булганышы, жээк-локализацияланган режимдер же ELMлер. Бул тез, жогорку энергиялуу окуялардын кээ бирлери, күн отторуна окшош, дивертордук плиталар сыяктуу идиш компоненттерин бузуп же жок кылышы мүмкүн. ELM жыштыгы, секундасына бул окуялар болуп саналат, плазмадан дубалга чыгарылган энергиянын көлөмүнүн көрсөткүчү болуп саналат. Жогорку жыштыктагы ELMs жарылуу сайын аз өлчөмдөгү плазманы чыгара алат, бирок ELMs азыраак болсо, жарылуу үчүн бөлүнүп чыккан плазма жана энергия жогору, зыяндын ыктымалдуулугу жогору. Акыркы изилдөөлөр ELMдердин жыштыгын көзөмөлдөө жана көбөйтүү жолдорун карап чыкты, мисалы, пеллет инъекциясы же өтө кичинекей чоңдуктагы кошумча магнит талаасы.

Унтербергдин командасы, алар күткөндөй, вольфрамдын жогорку агымдын сокку чекитинен алыс болушу, энергиянын мазмуну жана ар бир окуя үчүн беттик контакттары бар төмөнкү жыштыктагы ELMге дуушар болгондо булгануу ыктымалдыгын бир топ жогорулатаарын аныкташты. Кошумчалай кетсек, топ бул дивертордун алыскы максаттуу аймагы SOL булганууга көбүрөөк жакын экенин, бирок ал негизинен сокку чекитине караганда азыраак агымга ээ экенин аныктады. Бул карама-каршы көрүнгөн натыйжалар бул долбоорго жана DIII-D боюнча келечектеги эксперименттерге байланыштуу дивертордук моделдөө аракеттери менен ырасталууда.

Бул долбоорго Түндүк Америкадан келген эксперттер тобу, анын ичинде Принстон плазма физикасы лабораториясынын, Лоуренс Ливермор улуттук лабораториясынын, Sandia Улуттук лабораториясынын, ORNL, General Atomics, Оберн университетинин, Сан-Диегодогу Калифорния университетинин, Торонто университетинин, Теннесси университети-Ноксвилл жана Висконсин-Мэдисон университеттери, анткени ал плазма-материал үчүн маанилүү курал болгон. өз ара изилдөө. DOE's Office of Science (Fusion Energy Sciences) изилдөөгө колдоо көрсөттү.

Команда журналда ушул жылдын башында онлайн изилдөө жарыялаганNuclear Fusion.

Изилдөө Франциянын Кадараш шаарында курулуп жаткан биргелешкен европалык Torus же JET жана ITER дароо пайда алып келиши мүмкүн, экөө тең дивертор үчүн вольфрам соотторун колдонушат.

"Бирок биз ITER жана JETтен тышкары нерселерди карап жатабыз - биз келечектеги синтез реакторлорун карап жатабыз" деди Унтерберг. «Вольфрамды кайсы жерге койгон жакшы жана вольфрамды кайсы жерге коюуга болбойт? Биздин түпкү максатыбыз - термо реакторлорубуз келгенде, аларды акылдуу түрдө куралдандыруу».

Унтерберг ORNL уникалдуу Stable Isotopes Group компаниясынын байытылган изотоп каптоосун эксперимент үчүн пайдалуу формага келтирерден мурун иштеп чыгып, сынаганын, изилдөөнү мүмкүн кылганын айтты. Бул изотоп ORNLдеги Улуттук изотопторду өнүктүрүү борборунан башка эч жерде жок болмок, ал изотоптук түрдө бөлүнгөн дээрлик ар бир элементтин запасын сактайт, деди ал.

"ORNL изилдөөнүн бул түрү үчүн уникалдуу тажрыйбага жана өзгөчө каалоолорго ээ" деди Унтерберг. "Бизде изотопторду иштеп чыгуу жана аларды дүйнө жүзү боюнча ар кандай колдонмолордо изилдөөнүн бардык түрлөрүн колдонуу боюнча көп жылдык мурасыбыз бар."

Мындан тышкары, ORNL US ITERди башкарат.

Андан кийин, команда вольфрамды түрдүү формадагы диверторлорго салуу өзөктүн булганышына кандай таасир этиши мүмкүн экенин карап чыгат. Ар кандай дивертордук геометриялар плазма-материалдык өз ара аракеттенүүнүн негизги плазмага тийгизген таасирин азайтышы мүмкүн, алар теориялашты. Дивертордун эң жакшы формасын билүү — магниттик чектелген плазма аппараты үчүн зарыл болгон компонент — окумуштууларды жашоого жөндөмдүү плазма реакторуна бир кадам жакындатат.

"Эгерде биз коом катары өзөктүк энергиянын болушун каалайбыз десек жана кийинки этапка өтүүнү кааласак, - деди Унтерберг, - биригүү ыйык дөбө болмок".