Ho anisan'ny tontolo faran'izay henjana indrindra novokarina teto an-tany ny ao anatin'ireo reactores angovo nokleary fusion ho avy. Inona no tena matanjaka mba hiarovana ny atiny amin'ny fusion reactor amin'ny fikorianan'ny hafanana vokarin'ny plasma mitovy amin'ny sambon-danitra miditra indray amin'ny atmosfera eto an-tany?

Ny mpikaroka ORNL dia nampiasa tungstène voajanahary (mavo) sy tungstène (voasary) nanankarena mba hanaraha-maso ny fikorontanana, ny fitaterana ary ny famerenana indray ny tungstène. Tungstène no safidy lehibe indrindra amin'ny fiadiana ao anaty fitaovana fusion.

Zeke Unterberg sy ny ekipany ao amin'ny Departemantan'ny Energy's Oak Ridge National Laboratory amin'izao fotoana izao dia miara-miasa amin'ny kandidà voalohany: tungstène, izay manana ny haavony avo indrindra sy ny tsindry etona ambany indrindra amin'ny metaly rehetra eo amin'ny tabilao periodika, ary koa ny tanjaky ny tensile avo indrindra— fananana izay mahatonga azy ho mety tsara ny mampiasa fanararaotana mandritra ny fotoana maharitra. Mifantoka amin'ny fahatakarana ny fomba fiasan'ny tungstène ao anatin'ny réactor fusion izy ireo, fitaovana iray izay manafana ny atôma maivana amin'ny hafanana mafana kokoa noho ny fototry ny masoandro mba hitambatra sy hamoaka angovo. Ny entona hidrôzenina ao amin'ny fusion reactor dia ovaina ho plasma hydrogène — toetry ny zavatra misy entona ionized ampahany — izay avy eo voafefy ao amin'ny faritra kely amin'ny alàlan'ny sahan'andriamby matanjaka na laser.

"Tsy te-hametraka zavatra ao amin'ny reactor anao izay maharitra roa andro fotsiny ianao," hoy i Unterberg, mpahay siansa mpikaroka zokiolona ao amin'ny Diviziona Fusion Energy an'ny ORNL. “Te hanana androm-piainana ampy ianao. Mametraka tungstène any amin'ireo faritra ampoizinay fa hisy daroka baomba plasma avo be. ”

Tamin'ny taona 2016, nanomboka nanao andrana tao amin'ny tokamak i Unterberg sy ny ekipany, reactor fusion izay mampiasa sahan'andriamby misy peratra plasma, ao amin'ny DIII-D National Fusion Facility, toeram-piasan'ny DOE of Science ao San Diego. Tian'izy ireo ho fantatra raha azo ampiasaina amin'ny fiadiana ny efi-tranon'ny tokamak ny tungstène, mba hiarovana azy amin'ny fandringanana haingana vokatry ny plasma — tsy handoto ny plasma mihitsy. Ity fandotoana ity, raha tsy voatanisa tsara, dia mety hamono ny fihetsiky ny fusion.

"Niezaka izahay hamantatra hoe faritra inona ao amin'ny efitrano no tena ratsy indrindra: aiza ny tungstène no tena mety hiteraka loto mety handoto ny plasma," hoy i Unterberg.

Mba hahitana izany, ny mpikaroka dia nampiasa isotope tungstène, W-182, miaraka amin'ny isotope tsy voaova, mba hanaraha-maso ny fikorontanana, ny fitaterana ary ny famerenana indray ny tungstène avy ao anaty divertor. Ny fijerena ny fihetsehan'ny tungstène ao anatin'ny divertor — faritra iray ao anatin'ny efitra banga natao hanodinana ranon-dra sy loto — dia nanome azy ireo sary mazava kokoa ny amin'ny fomba harovany avy amin'ny faritra ao anatin'ny tokamak sy ny fifandraisany amin'ny plasma. Ny isotope tungstène manankarena dia manana toetra ara-batana sy simika mitovy amin'ny tungstène mahazatra. Ny andrana tao amin'ny DIII-D dia nampiasa fanitso metaly kely nofonosina tamin'ny isotope nanankarena napetraka teo akaikin'ny, fa tsy tamin'ny, faritra avo indrindra amin'ny fikorianan'ny hafanana, faritra iray ao anaty sambo izay antsoina matetika hoe faritra lasibatra lavitra. Misaraka, ao amin'ny faritra divertor miaraka amin'ny fluxes avo indrindra, ny fitokonana-point, ny mpikaroka dia nampiasa insert miaraka amin'ny isotope tsy novaina. Ny ambiny amin'ny efitrano DIII-D dia mifono grafita.

Ity setup ity dia nahafahan'ny mpikaroka nanangona santionany tamin'ny probes manokana nampidirina vetivety tao amin'ny efitrano fandrefesana ny fikorianan'ny loto mankany sy avy ao amin'ny fiadiana sambo, izay afaka manome azy ireo hevitra mazava kokoa ny toerana misy ny tungstène izay nipoitra niala tamin'ny divertor ho ao amin'ny efitrano. nipoitra.

"Ny fampiasana ny isotope manankarena dia nanome anay tondro tokana," hoy i Unterberg.

Io no andrana voalohany natao tamin'ny fitaovana fusion. Ny tanjona iray dia ny hamaritana ny fitaovana sy ny toerana tsara indrindra ho an'ireo fitaovana ireo ho an'ny fiadiana amin'ny efi-trano, raha mitazona ny loto ateraky ny fifandraisana amin'ny plasma-material ao amin'ny divertor ary tsy mandoto ny plasma fototra misy andriamby ampiasaina hamokarana fusion.

Ny fahasarotana iray amin'ny famolavolana sy ny fiasan'ny divertors dia ny fahalotoan'ny loto ao amin'ny plasma vokatry ny maody edge-localized, na ELM. Ny sasany amin'ireo hetsika haingana sy mahery vaika ireo, mitovy amin'ny afon'ny masoandro, dia mety hanimba na hanimba ireo singa ao amin'ny sambo toy ny takelaka divertor. Ny fatran'ny ELM, ny fotoana isan-tsegondra mitranga ireo tranga ireo, dia famantarana ny habetsahan'ny angovo navoaka avy amin'ny plasma mankany amin'ny rindrina. Ny ELM avo lenta dia afaka mamoaka plasma kely isaky ny fipoahana, fa raha tsy dia matetika ny ELM, dia avo ny plasma sy ny angovo avoaka isaky ny fipoahana, ary mety hisy fahasimbana bebe kokoa. Ny fikarohana vao haingana dia nijery ny fomba hifehezana sy fampitomboana ny fatran'ny ELM, toy ny fampidirana pellet na sahan'andriamby fanampiny amin'ny habeny kely.

Hitan'ny ekipan'i Unterberg, araka ny nantenain'izy ireo, fa ny fananana tungstène lavitra ny teboka fitokonana avo lenta dia nampitombo be ny mety hisian'ny fandotoana rehefa tratran'ny ELMs matetika izay manana votoaty angovo ambony kokoa sy fifandraisana amin'ny tany isaky ny hetsika. Fanampin'izany, hitan'ny ekipa fa io faritra lasibatra lavitra io dia mora kokoa amin'ny fandotoana ny SOL na dia ambany kokoa noho ny teboka fitokonana aza izany amin'ny ankapobeny. Ireo valim-panadinana toa mifanohitra ireo dia nohamafisin'ny ezaka fanodinkodinana ataon'ny divertor mifandraika amin'ity tetikasa ity sy ny andrana ho avy amin'ny DIII-D.

Ity tetikasa ity dia nahitana ekipa manam-pahaizana avy any Amerika Avaratra, anisan'izany ireo mpiara-miasa avy amin'ny Princeton Plasma Physics Laboratory, Lawrence Livermore National Laboratory, Sandia National Laboratories, ORNL, General Atomics, Auburn University, University of California ao San Diego, University of Toronto, ny Anjerimanontolon'i Tennessee-Knoxville, ary ny Oniversiten'i Wisconsin-Madison, satria nanome fitaovana lehibe ho an'ny fikarohana momba ny fifandraisana amin'ny plasma-material. Ny Biraon'ny Siansa (Fusion Energy Sciences) an'ny DOE dia nanome fanohanana ny fanadihadiana.

Namoaka fikarohana an-tserasera ny ekipa tamin'ny fiandohan'ity taona ity tao amin'ny gazetyFusion nokleary.

Ny fikarohana dia mety hahasoa avy hatrany ny Joint European Torus, na JET, ary ITER, izay eo an-dalam-panamboarana any Cadarache, Frantsa, izay samy mampiasa fiadiana tungstène ho an'ny divertor.

"Saingy mijery ny zavatra any an-dafin'ny ITER sy JET izahay - mijery ny fusion reactors amin'ny ho avy izahay," hoy i Unterberg. "Aiza no tsara indrindra hametrahana tungstène, ary aiza no tsy tokony hametrahanao tungstène? Ny tanjonay farany dia ny fiadiana ny reactors fusion, rehefa tonga izy ireo, amin'ny fomba marani-tsaina. "

Nilaza i Unterberg fa ny Vondrona Isotopes Stable tokana an'ny ORNL, izay namolavola sy nanandrana ny coating isotope manankarena alohan'ny hametrahana azy amin'ny endrika ilaina amin'ny fanandramana, dia nahatonga ny fikarohana. Io isotope io dia tsy nisy na taiza na taiza fa avy amin'ny National Isotope Development Center ao amin'ny ORNL, izay mitazona tahiry saika isaky ny singa isotope misaraka, hoy izy.

"Ny ORNL dia manana fahaizana manokana sy faniriana manokana amin'ity karazana fikarohana ity," hoy i Unterberg. "Manana lova lava be izahay amin'ny fampivoarana isotope sy ny fampiasana ireo amin'ny karazana fikarohana rehetra amin'ny fampiharana samihafa manerana izao tontolo izao."

Ankoatra izany, ny ORNL dia mitantana ny US ITER.

Manaraka izany, ny ekipa dia hijery ny fomba mety hisy fiantraikany amin'ny fandotoana ny atiny ny fametrahana tungstène amin'ny divertor manana endrika hafa. Ny geometrie divertor samihafa dia mety hanamaivana ny fiantraikan'ny fifandraisan'ny plasma-material amin'ny plasma fototra, hoy izy ireo. Ny fahafantarana ny endrika tsara indrindra ho an'ny divertor — singa ilaina amin'ny fitaovana plasma misy andriamby voafefy — dia hahatonga ny mpahay siansa hanakaiky kokoa ny reactor plasma iray mahavelona.

"Raha milaza isika, amin'ny maha-fiarahamonina fa tiantsika ny hisian'ny angovo nokleary, ary te-hifindra amin'ny dingana manaraka isika," hoy i Unterberg, "ny fangaro dia ho ny grail masina."