ഭാവിയിലെ ന്യൂക്ലിയർ ഫ്യൂഷൻ എനർജി റിയാക്ടറുകളുടെ ഉൾഭാഗം ഭൂമിയിൽ ഇതുവരെ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കപ്പെട്ടിട്ടുള്ളതിൽ വച്ച് ഏറ്റവും കഠിനമായ അന്തരീക്ഷമായിരിക്കും. ഭൂമിയുടെ അന്തരീക്ഷത്തിലേക്ക് വീണ്ടും പ്രവേശിക്കുന്ന ബഹിരാകാശ വാഹനങ്ങൾക്ക് സമാനമായ പ്ലാസ്മ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന താപ പ്രവാഹങ്ങളിൽ നിന്ന് ഒരു ഫ്യൂഷൻ റിയാക്ടറിൻ്റെ ഉൾഭാഗത്തെ സംരക്ഷിക്കാൻ വേണ്ടത്ര ശക്തമായത് എന്താണ്?

ടങ്സ്റ്റണിൻ്റെ മണ്ണൊലിപ്പ്, ഗതാഗതം, പുനർനിർമ്മാണം എന്നിവ കണ്ടെത്തുന്നതിന് ORNL ഗവേഷകർ പ്രകൃതിദത്ത ടങ്സ്റ്റൺ (മഞ്ഞ), സമ്പുഷ്ടമായ ടങ്സ്റ്റൺ (ഓറഞ്ച്) എന്നിവ ഉപയോഗിച്ചു. ഒരു ഫ്യൂഷൻ ഉപകരണത്തിൻ്റെ ഉൾഭാഗം കവചം ചെയ്യുന്നതിനുള്ള മുൻനിര ഓപ്ഷനാണ് ടങ്സ്റ്റൺ.

ഊർജ്ജ വകുപ്പിൻ്റെ ഓക്ക് റിഡ്ജ് നാഷണൽ ലബോറട്ടറിയിലെ Zeke Unterberg ഉം അദ്ദേഹത്തിൻ്റെ ടീമും നിലവിൽ മുൻനിര സ്ഥാനാർത്ഥിയുമായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു: ആവർത്തന പട്ടികയിലെ എല്ലാ ലോഹങ്ങളുടെയും ഏറ്റവും ഉയർന്ന ദ്രവണാങ്കവും ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ നീരാവി മർദ്ദവും ഉള്ള ടങ്സ്റ്റൺ, കൂടാതെ വളരെ ഉയർന്ന ടെൻസൈൽ ശക്തിയും- ദീർഘകാലത്തേക്ക് ദുരുപയോഗം ചെയ്യാൻ അനുയോജ്യമാക്കുന്ന പ്രോപ്പർട്ടികൾ. ഒരു ഫ്യൂഷൻ റിയാക്ടറിനുള്ളിൽ ടങ്സ്റ്റൺ എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുമെന്ന് മനസിലാക്കുന്നതിൽ അവർ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു, ഇത് പ്രകാശ ആറ്റങ്ങളെ സൂര്യൻ്റെ കാമ്പിനെക്കാൾ ചൂടുള്ള താപനിലയിലേക്ക് ചൂടാക്കുന്നു, അങ്ങനെ അവ ഊർജം സംയോജിപ്പിക്കുകയും പുറത്തുവിടുകയും ചെയ്യുന്നു. ഒരു ഫ്യൂഷൻ റിയാക്ടറിലെ ഹൈഡ്രജൻ വാതകം ഹൈഡ്രജൻ പ്ലാസ്മയായി പരിവർത്തനം ചെയ്യപ്പെടുന്നു - ഭാഗികമായി അയോണൈസ്ഡ് വാതകം അടങ്ങുന്ന ദ്രവ്യത്തിൻ്റെ അവസ്ഥ - അത് ശക്തമായ കാന്തികക്ഷേത്രങ്ങളോ ലേസറുകളോ ഉപയോഗിച്ച് ഒരു ചെറിയ പ്രദേശത്ത് ഒതുങ്ങുന്നു.

ORNL-ൻ്റെ ഫ്യൂഷൻ എനർജി ഡിവിഷനിലെ സീനിയർ റിസർച്ച് സയൻ്റിസ്റ്റായ അണ്ടർബെർഗ് പറഞ്ഞു, “രണ്ട് ദിവസം മാത്രം നീണ്ടുനിൽക്കുന്ന എന്തെങ്കിലും നിങ്ങളുടെ റിയാക്ടറിൽ ഇടാൻ നിങ്ങൾ ആഗ്രഹിക്കുന്നില്ല. “നിങ്ങൾക്ക് മതിയായ ജീവിതകാലം വേണം. വളരെ ഉയർന്ന പ്ലാസ്മ ബോംബിംഗ് ഉണ്ടാകുമെന്ന് ഞങ്ങൾ പ്രതീക്ഷിക്കുന്ന സ്ഥലങ്ങളിൽ ഞങ്ങൾ ടങ്സ്റ്റൺ ഇടുന്നു.

2016-ൽ, സാൻ ഡിയാഗോയിലെ DOE ഓഫീസ് ഓഫ് സയൻസ് യൂസർ ഫെസിലിറ്റിയായ DIII-D നാഷണൽ ഫ്യൂഷൻ ഫെസിലിറ്റിയിൽ, പ്ലാസ്മയുടെ ഒരു വളയം ഉൾക്കൊള്ളാൻ കാന്തിക-മണ്ഡലങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഫ്യൂഷൻ റിയാക്ടറായ ടോകാമാക്കിൽ അണ്ടർബർഗും സംഘവും പരീക്ഷണങ്ങൾ നടത്താൻ തുടങ്ങി. ടോകാമാക്കിൻ്റെ വാക്വം ചേമ്പറിൻ്റെ കവചം - പ്ലാസ്മയുടെ സ്വാധീനം മൂലമുണ്ടാകുന്ന ദ്രുതഗതിയിലുള്ള നാശത്തിൽ നിന്ന് അതിനെ സംരക്ഷിക്കാൻ - പ്ലാസ്മയെ തന്നെ വൻതോതിൽ മലിനമാക്കാതെ ടങ്സ്റ്റൺ ഉപയോഗിക്കാമോ എന്ന് അവർ അറിയാൻ ആഗ്രഹിച്ചു. ഈ മലിനീകരണം, വേണ്ടത്ര കൈകാര്യം ചെയ്തില്ലെങ്കിൽ, ആത്യന്തികമായി ഫ്യൂഷൻ പ്രതികരണത്തെ കെടുത്തിക്കളയും.

"ചേമ്പറിലെ ഏതൊക്കെ പ്രദേശങ്ങൾ പ്രത്യേകിച്ച് മോശമായിരിക്കുമെന്ന് ഞങ്ങൾ നിർണ്ണയിക്കാൻ ശ്രമിക്കുകയായിരുന്നു: ടങ്സ്റ്റൺ പ്ലാസ്മയെ മലിനമാക്കുന്ന മാലിന്യങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കാൻ സാധ്യതയുള്ളിടത്ത്," അണ്ടർബർഗ് പറഞ്ഞു.

അത് കണ്ടെത്താൻ, ഗവേഷകർ ടങ്സ്റ്റണിൻ്റെ സമ്പുഷ്ടമായ ഐസോടോപ്പ്, ഡബ്ല്യു-182, കൂടാതെ മാറ്റാത്ത ഐസോടോപ്പിനൊപ്പം, ഡൈവേർട്ടറിനുള്ളിൽ നിന്ന് ടങ്സ്റ്റണിൻ്റെ മണ്ണൊലിപ്പ്, ഗതാഗതം, പുനർനിർമ്മിക്കൽ എന്നിവ കണ്ടെത്താനായി. ഡൈവേർട്ടറിനുള്ളിലെ ടങ്സ്റ്റണിൻ്റെ ചലനം നോക്കുമ്പോൾ - പ്ലാസ്മയും മാലിന്യങ്ങളും വഴിതിരിച്ചുവിടാൻ രൂപകൽപ്പന ചെയ്‌തിരിക്കുന്ന വാക്വം ചേമ്പറിനുള്ളിലെ ഒരു പ്രദേശം- ടോകാമാക്കിനുള്ളിലെ പ്രതലങ്ങളിൽ നിന്ന് അത് എങ്ങനെ നശിക്കുകയും പ്ലാസ്മയുമായി ഇടപഴകുകയും ചെയ്യുന്നു എന്നതിൻ്റെ വ്യക്തമായ ചിത്രം അവർക്ക് നൽകി. സമ്പുഷ്ടമായ ടങ്സ്റ്റൺ ഐസോടോപ്പിന് സാധാരണ ടങ്സ്റ്റണിന് സമാനമായ ഭൗതികവും രാസപരവുമായ ഗുണങ്ങളുണ്ട്. ഡിഐഐ-ഡിയിലെ പരീക്ഷണങ്ങളിൽ സമ്പുഷ്ടമായ ഐസോടോപ്പ് പൂശിയ ചെറിയ ലോഹ ഉൾപ്പെടുത്തലുകൾ ഉപയോഗിച്ചു, എന്നാൽ ഏറ്റവും ഉയർന്ന ഹീറ്റ് ഫ്‌ളക്‌സ് സോണിനടുത്ത് സ്ഥാപിച്ചിട്ടില്ല, പാത്രത്തിലെ ഒരു പ്രദേശത്തെ സാധാരണയായി ഡൈവേറ്റർ ഫാർ-ടാർഗെറ്റ് റീജിയൻ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. വെവ്വേറെ, ഏറ്റവും ഉയർന്ന ഫ്ലക്സുകളുള്ള ഒരു ഡൈവേർട്ടർ മേഖലയിൽ, സ്ട്രൈക്ക് പോയിൻ്റ്, ഗവേഷകർ പരിഷ്ക്കരിക്കാത്ത ഐസോടോപ്പ് ഉള്ള ഇൻസെർട്ടുകൾ ഉപയോഗിച്ചു. DIII-D ചേമ്പറിൻ്റെ ബാക്കി ഭാഗം ഗ്രാഫൈറ്റ് കൊണ്ട് കവചിതമാണ്.

ഈ സജ്ജീകരണം, പാത്രത്തിൻ്റെ കവചത്തിലേക്കും പുറത്തേക്കും അശുദ്ധി പ്രവാഹം അളക്കുന്നതിനായി ചേമ്പറിൽ താൽക്കാലികമായി ഘടിപ്പിച്ച പ്രത്യേക പേടകങ്ങളിൽ സാമ്പിളുകൾ ശേഖരിക്കാൻ ഗവേഷകരെ അനുവദിച്ചു, ഇത് ഡൈവേർട്ടറിൽ നിന്ന് ചേമ്പറിലേക്ക് ചോർന്ന ടങ്സ്റ്റൺ എവിടെയാണെന്ന് കൂടുതൽ കൃത്യമായ ആശയം നൽകും. ഉത്ഭവിച്ചത്.

"സമ്പുഷ്ടമായ ഐസോടോപ്പ് ഉപയോഗിക്കുന്നത് ഞങ്ങൾക്ക് ഒരു അദ്വിതീയ വിരലടയാളം നൽകി," അണ്ടർബർഗ് പറഞ്ഞു.

ഒരു ഫ്യൂഷൻ ഉപകരണത്തിൽ നടത്തിയ ആദ്യ പരീക്ഷണമായിരുന്നു അത്. പ്ലാസ്മ-മെറ്റീരിയൽ ഇടപെടലുകൾ മൂലമുണ്ടാകുന്ന മാലിന്യങ്ങൾ ഡൈവേറ്ററിലേക്ക് വലിയതോതിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുകയും ഫ്യൂഷൻ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന കാന്തം-പരിമിതമായ കോർ പ്ലാസ്മയെ മലിനമാക്കാതിരിക്കുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ, ചേംബർ കവചത്തിനായി ഈ മെറ്റീരിയലുകളുടെ ഏറ്റവും മികച്ച മെറ്റീരിയലുകളും സ്ഥാനവും നിർണ്ണയിക്കുക എന്നതായിരുന്നു ഒരു ലക്ഷ്യം.

ഡൈവേർട്ടറുകളുടെ രൂപകൽപ്പനയിലും പ്രവർത്തനത്തിലും ഉള്ള ഒരു സങ്കീർണത എഡ്ജ്-ലോക്കലൈസ്ഡ് മോഡുകൾ അല്ലെങ്കിൽ ELM-കൾ മൂലമുണ്ടാകുന്ന പ്ലാസ്മയിലെ മാലിന്യ മലിനീകരണമാണ്. സൗരജ്വാലകൾക്ക് സമാനമായ, വേഗതയേറിയതും ഉയർന്ന ഊർജ്ജസ്വലവുമായ ഇവയിൽ ചിലത്, ഡൈവേറ്റർ പ്ലേറ്റുകൾ പോലുള്ള പാത്ര ഘടകങ്ങളെ നശിപ്പിക്കുകയോ നശിപ്പിക്കുകയോ ചെയ്യും. ELM-കളുടെ ആവൃത്തി, ഈ സംഭവങ്ങൾ സംഭവിക്കുന്ന സെക്കൻഡിൽ സമയങ്ങൾ, പ്ലാസ്മയിൽ നിന്ന് മതിലിലേക്ക് പുറത്തുവിടുന്ന ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ അളവിൻ്റെ സൂചകമാണ്. ഉയർന്ന ആവൃത്തിയിലുള്ള ELM-കൾക്ക് ഓരോ പൊട്ടിത്തെറിയിലും കുറഞ്ഞ അളവിലുള്ള പ്ലാസ്മ പുറത്തുവിടാൻ കഴിയും, എന്നാൽ ELM-കൾ കുറവാണെങ്കിൽ, ഓരോ സ്ഫോടനത്തിലും പുറത്തുവിടുന്ന പ്ലാസ്മയും ഊർജ്ജവും ഉയർന്നതാണ്, കേടുപാടുകൾ ഉണ്ടാകാനുള്ള സാധ്യത കൂടുതലാണ്. പെല്ലറ്റ് ഇഞ്ചക്ഷൻ അല്ലെങ്കിൽ വളരെ ചെറിയ മാഗ്നിറ്റ്യൂഡിൽ അധിക കാന്തികക്ഷേത്രങ്ങൾ പോലുള്ള ELM-കളുടെ ആവൃത്തി നിയന്ത്രിക്കാനും വർദ്ധിപ്പിക്കാനുമുള്ള വഴികൾ സമീപകാല ഗവേഷണങ്ങൾ പരിശോധിച്ചു.

ഉയർന്ന ഫ്ളക്സ് സ്ട്രൈക്ക് പോയിൻ്റിൽ നിന്ന് വളരെ ദൂരെയുള്ള ടങ്സ്റ്റൺ ഉള്ളതിനാൽ, ഉയർന്ന ഊർജ്ജ ഉള്ളടക്കവും ഓരോ ഇവൻ്റിനും ഉപരിതല സമ്പർക്കവും ഉള്ള ലോ-ഫ്രീക്വൻസി ELM- കൾക്ക് വിധേയമാകുമ്പോൾ മലിനീകരണത്തിൻ്റെ സാധ്യത വളരെയധികം വർദ്ധിപ്പിച്ചതായി Unterberg ൻ്റെ ടീം കണ്ടെത്തി. കൂടാതെ, ഈ ഡൈവേറ്റർ ഫാർ-ടാർഗെറ്റ് റീജിയൻ സ്ട്രൈക്ക് പോയിൻ്റിനേക്കാൾ കുറഞ്ഞ ഫ്ലക്സുകളുണ്ടെങ്കിലും SOL-നെ മലിനീകരണത്തിന് കൂടുതൽ സാധ്യതയുണ്ടെന്ന് ടീം കണ്ടെത്തി. ഈ പ്രോജക്റ്റുമായി ബന്ധപ്പെട്ട് നടന്നുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന ഡൈവേർട്ടർ മോഡലിംഗ് ശ്രമങ്ങളും DIII-D-യിലെ ഭാവി പരീക്ഷണങ്ങളും ഈ വിപരീതഫലങ്ങൾ സ്ഥിരീകരിക്കുന്നു.

പ്രിൻസ്റ്റൺ പ്ലാസ്മ ഫിസിക്‌സ് ലബോറട്ടറി, ലോറൻസ് ലിവർമോർ നാഷണൽ ലബോറട്ടറി, സാൻഡിയ നാഷണൽ ലബോറട്ടറീസ്, ORNL, ജനറൽ ആറ്റോമിക്‌സ്, ഓബർൺ യൂണിവേഴ്‌സിറ്റി, സാൻ ഡീഗോയിലെ കാലിഫോർണിയ സർവകലാശാല, ടൊറൻ്റോ സർവകലാശാല എന്നിവിടങ്ങളിൽ നിന്നുള്ള സഹകാരികൾ ഉൾപ്പെടെ വടക്കേ അമേരിക്കയിലെമ്പാടുമുള്ള വിദഗ്ധരുടെ ഒരു സംഘം ഈ പദ്ധതിയിൽ ഉൾപ്പെട്ടിരുന്നു. യൂണിവേഴ്സിറ്റി ഓഫ് ടെന്നസി-നോക്സ്വില്ലെ, യൂണിവേഴ്സിറ്റി ഓഫ് വിസ്കോൺസിൻ-മാഡിസൺ, പ്ലാസ്മ-മെറ്റീരിയൽ ഇൻ്ററാക്ഷൻ ഗവേഷണത്തിന് ഇത് ഒരു പ്രധാന ഉപകരണം നൽകിയതിനാൽ. DOE യുടെ ഓഫീസ് ഓഫ് സയൻസ് (ഫ്യൂഷൻ എനർജി സയൻസസ്) പഠനത്തിന് പിന്തുണ നൽകി.

സംഘം ഈ വർഷം ആദ്യം ജേണലിൽ ഗവേഷണം ഓൺലൈനായി പ്രസിദ്ധീകരിച്ചുന്യൂക്ലിയർ ഫ്യൂഷൻ.

ഇപ്പോൾ ഫ്രാൻസിലെ കാഡറാഷിൽ നിർമ്മാണത്തിലിരിക്കുന്ന ജോയിൻ്റ് യൂറോപ്യൻ ടോറസ്, അല്ലെങ്കിൽ JET, ITER എന്നിവയ്ക്ക് ഈ ഗവേഷണം ഉടനടി പ്രയോജനം ചെയ്യും, ഇവ രണ്ടും ഡൈവേർട്ടറിനായി ടങ്സ്റ്റൺ കവചം ഉപയോഗിക്കുന്നു.

"എന്നാൽ ഞങ്ങൾ ITER, JET എന്നിവയ്‌ക്കപ്പുറമുള്ള കാര്യങ്ങളാണ് നോക്കുന്നത് - ഭാവിയിലെ ഫ്യൂഷൻ റിയാക്ടറുകളെയാണ് ഞങ്ങൾ നോക്കുന്നത്," അണ്ടർബർഗ് പറഞ്ഞു. “ടങ്സ്റ്റൺ ഇടുന്നത് എവിടെയാണ് നല്ലത്, എവിടെയാണ് ടങ്സ്റ്റൺ ഇടാൻ പാടില്ല? ഞങ്ങളുടെ ആത്യന്തിക ലക്ഷ്യം ഞങ്ങളുടെ ഫ്യൂഷൻ റിയാക്ടറുകൾ വരുമ്പോൾ, മികച്ച രീതിയിൽ കവചം ചെയ്യുക എന്നതാണ്.

ORNL-ൻ്റെ അതുല്യമായ സ്റ്റേബിൾ ഐസോടോപ്പ് ഗ്രൂപ്പ്, പരീക്ഷണത്തിന് ഉപയോഗപ്രദമായ രൂപത്തിൽ സ്ഥാപിക്കുന്നതിന് മുമ്പ് സമ്പുഷ്ടമായ ഐസോടോപ്പ് കോട്ടിംഗ് വികസിപ്പിക്കുകയും പരീക്ഷിക്കുകയും ചെയ്തതാണ് ഗവേഷണം സാധ്യമാക്കിയതെന്ന് അണ്ടർബർഗ് പറഞ്ഞു. ഐസോടോപ്പിക് ആയി വേർതിരിക്കുന്ന മിക്കവാറും എല്ലാ മൂലകങ്ങളുടെയും ശേഖരം സൂക്ഷിക്കുന്ന ORNL-ലെ നാഷണൽ ഐസോടോപ്പ് ഡെവലപ്‌മെൻ്റ് സെൻ്ററിൽ നിന്നല്ലാതെ ആ ഐസോടോപ്പ് എവിടെയും ലഭ്യമാകുമായിരുന്നില്ല, അദ്ദേഹം പറഞ്ഞു.

"ORNL-ന് ഇത്തരത്തിലുള്ള ഗവേഷണത്തിന് അതുല്യമായ വൈദഗ്ധ്യവും പ്രത്യേക ആഗ്രഹങ്ങളും ഉണ്ട്," അണ്ടർബർഗ് പറഞ്ഞു. "ഐസോടോപ്പുകൾ വികസിപ്പിക്കുന്നതിനും ലോകമെമ്പാടുമുള്ള വ്യത്യസ്‌ത ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ എല്ലാത്തരം ഗവേഷണങ്ങളിലും അവ ഉപയോഗിക്കുന്നതിനുമുള്ള ഒരു നീണ്ട പാരമ്പര്യം ഞങ്ങൾക്കുണ്ട്."

കൂടാതെ, ORNL US ITER കൈകാര്യം ചെയ്യുന്നു.

അടുത്തതായി, വ്യത്യസ്ത ആകൃതിയിലുള്ള ഡൈവേർട്ടറുകളിൽ ടങ്സ്റ്റൺ ഇടുന്നത് കാമ്പിൻ്റെ മലിനീകരണത്തെ എങ്ങനെ ബാധിക്കുമെന്ന് ടീം പരിശോധിക്കും. വ്യത്യസ്ത ഡൈവേറ്റർ ജ്യാമിതികൾക്ക് കോർ പ്ലാസ്മയിൽ പ്ലാസ്മ-മെറ്റീരിയൽ ഇടപെടലുകളുടെ ഫലങ്ങൾ കുറയ്ക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് അവർ സിദ്ധാന്തിച്ചു. ഒരു ഡൈവേർട്ടറിനുള്ള ഏറ്റവും നല്ല ആകൃതി അറിയുന്നത്-കാന്തിക-പരിമിതമായ പ്ലാസ്മ ഉപകരണത്തിന് ആവശ്യമായ ഘടകമാണ്-ശാസ്ത്രജ്ഞരെ പ്രായോഗിക പ്ലാസ്മ റിയാക്ടറിലേക്ക് ഒരു പടി അടുപ്പിക്കും.

"ഒരു സമൂഹമെന്ന നിലയിൽ, ആണവോർജ്ജം സംഭവിക്കണമെന്ന് ഞങ്ങൾ ആഗ്രഹിക്കുന്നുവെങ്കിൽ, അടുത്ത ഘട്ടത്തിലേക്ക് നീങ്ങാൻ ആഗ്രഹിക്കുന്നുവെങ്കിൽ, സംയോജനം വിശുദ്ധ ഗ്രെയ്ൽ ആയിരിക്കും" എന്ന് അണ്ടർബർഗ് പറഞ്ഞു.