Ирээдүйн цөмийн хайлмал эрчим хүчний реакторуудын дотор тал нь дэлхий дээр үйлдвэрлэсэн хамгийн хатуу ширүүн орчинд байх болно. Дэлхийн агаар мандалд дахин нэвтэрч буй сансрын хөлөгтэй төстэй плазмаас үүссэн дулааны урсгалаас хайлуулах реакторын дотор талыг хамгаалах хангалттай хүчтэй юу вэ?

ORNL-ийн судлаачид вольфрамын элэгдэл, тээвэрлэлт, дахин хуримтлагдах үйл явцыг судлахын тулд байгалийн вольфрам (шар) болон баяжуулсан вольфрам (улбар шар) ашигласан. Вольфрам бол хайлуулах төхөөрөмжийн дотор талыг хуяглах гол сонголт юм.

Зеке Унтерберг болон түүний Эрчим хүчний яамны Оак нурууны үндэсний лабораторийн баг одоогоор тэргүүлэх нэр дэвшигчтэй ажиллаж байна: үелэх систем дээрх бүх металлын хамгийн өндөр хайлах цэг, хамгийн бага уурын даралттай гянт болд, түүнчлэн маш өндөр суналтын бат бэх— урт хугацааны туршид хүчирхийлэлд өртөхөд тохиромжтой шинж чанарууд. Тэд гэрлийн атомуудыг нарны цөмөөс илүү халуун температурт халааж, энерги ялгаруулдаг төхөөрөмж болох хайлуулах реактор дотор вольфрам хэрхэн ажиллахыг ойлгоход анхаарлаа хандуулж байна. Хайлуулах реактор дахь устөрөгчийн хий нь устөрөгчийн плазм буюу хэсэгчлэн ионжсон хийнээс бүрдэх бодисын төлөвт хувирдаг бөгөөд дараа нь хүчтэй соронзон орон эсвэл лазераар жижиг бүс нутагт хязгаарлагддаг.

ORNL-ийн Fusion Energy хэлтсийн ахлах судлаач Унтерберг хэлэхдээ "Та реактортоо хэдхэн өдрийн турш ажиллах ямар нэгэн зүйл оруулахыг хүсэхгүй байна." "Та хангалттай наслахыг хүсч байна. Бид маш өндөр плазмын бөмбөгдөлт болно гэж таамаглаж буй газруудад вольфрам тавьдаг."

2016 онд Унтерберг болон түүний багийнхан Сан Диего дахь ТМБ-ын Шинжлэх Ухааны Оффис хэрэглэгчийн байгууламж болох DIII-D National Fusion Facility-д плазмын цагираг агуулсан соронзон орныг ашигладаг хайлуулах реактор болох токамак дээр туршилт хийж эхэлсэн. Тэд вольфрамыг токамакийн вакуум камерыг хуяглахад ашиглаж болох эсэхийг мэдэхийг хүссэн бөгөөд энэ нь плазмын нөлөөгөөр хурдан устахаас хамгаалж, плазмыг маш ихээр бохирдуулахгүй юм. Хэрэв энэ бохирдол, хэрэв хангалттай зохицуулагдаагүй бол эцэст нь хайлуулах урвалыг унтрааж чадна.

Унтерберг хэлэхдээ, "Бид танхимын аль хэсэг нь маш муу болохыг тодорхойлохыг хичээсэн: вольфрам нь плазмыг бохирдуулах хольц үүсгэдэг."

Үүнийг олж мэдэхийн тулд судлаачид вольфрамын баяжуулсан изотоп болох W-182, өөрчлөгдөөгүй изотопын хамт вольфрамын элэгдэл, зөөвөрлөлт, шилжүүлэгч дотроос дахин хуримтлагдсан байдлыг судлах зорилгоор ашигласан. Дивертор доторх вольфрамын хөдөлгөөнийг харвал, вакуум камерын доторх плазм болон хольцыг шилжүүлэх зориулалттай хэсэг нь токамак доторх гадаргуугаас хэрхэн элэгдэж, плазмтай харилцан үйлчлэлцдэг тухай илүү тодорхой дүр зургийг тэдэнд өгсөн. Баяжуулсан вольфрамын изотоп нь ердийн вольфрамтай адил физик, химийн шинж чанартай байдаг. DIII-D-д хийсэн туршилтуудад баяжуулсан изотопоор бүрсэн жижиг металл оруулга ашигласан, гэхдээ хамгийн их дулааны урсгалын бүс буюу гол төлөв шилжүүлэгчийн алсын зорилтот бүс гэж нэрлэгддэг хөлөг онгоцны бүсэд биш. Тус тусад нь, хамгийн их урсгалтай, цохилтын цэг бүхий шилжүүлэгч бүсэд судлаачид өөрчлөгдөөгүй изотоп бүхий оруулга ашигласан. DIII-D танхимын үлдсэн хэсэг нь бал чулуугаар хуягласан байна.

Энэхүү тохируулга нь судлаачдад савны хуяг руу орж гарч буй хольцын урсгалыг хэмжихийн тулд камерт түр хугацаагаар байрлуулсан тусгай датчик дээр дээж цуглуулах боломжийг олгосон бөгөөд энэ нь дамжуулагчаас тасалгаа руу урссан вольфрам хаана байгааг илүү нарийн тодорхойлох боломжтой болсон. үүссэн.

"Баяжуулсан изотопыг ашиглах нь бидэнд өвөрмөц хурууны хээ өгсөн" гэж Унтерберг хэлэв.

Энэ нь хайлуулах төхөөрөмж дээр хийсэн анхны ийм туршилт байв. Нэг зорилго нь сийвэн-материалын харилцан үйлчлэлийн улмаас үүссэн хольцыг голчлон чиглүүлэгчид агуулагдаж, хайлуулахад ашигладаг соронзон-хязгаарлагдмал үндсэн плазмыг бохирдуулахгүй байхын зэрэгцээ камерын хуягт эдгээр материалын хамгийн сайн материал, байршлыг тодорхойлох явдал байв.

Диверторуудын дизайн, ашиглалтын нэг хүндрэл нь ирмэгийн байршилтай горим буюу ELM-ээс үүдэлтэй плазм дахь хольцын бохирдол юм. Нарны туяатай төстэй хурдан, өндөр энергитэй үйл явдлуудын зарим нь шилжүүлэгч хавтан гэх мэт хөлөг онгоцны эд ангиудыг гэмтээж эсвэл устгадаг. ELM-ийн давтамж, эдгээр үйл явдлууд секундэд тохиолдох хугацаа нь плазмаас хананд ялгарах энергийн хэмжээг илэрхийлдэг. Өндөр давтамжийн ELM нь дэлбэрэлт бүрт бага хэмжээний плазм ялгаруулж чаддаг боловч хэрэв ELM нь бага давтамжтай байвал дэлбэрэлт бүрт ялгардаг плазм ба энерги өндөр бөгөөд эвдрэх магадлал өндөр байдаг. Сүүлийн үеийн судалгаагаар үрлэн шахах эсвэл маш бага хэмжээний нэмэлт соронзон орон гэх мэт ELM-ийн давтамжийг хянах, нэмэгдүүлэх арга замыг судалжээ.

Унтербергийн баг тэдний таамаглаж байсанчлан вольфрам нь өндөр урсгалын цохилтын цэгээс хол байх нь эрчим хүчний агууламж өндөртэй, үйл явдал бүрт гадаргуутай харьцдаг нам давтамжийн ELM-д өртөх үед бохирдох магадлалыг ихээхэн нэмэгдүүлдэг болохыг олж мэдэв. Нэмж дурдахад, баг нь гол чиглүүлэгчийн алслагдсан бүс нь цохилтын цэгээс бага урсгалтай ч SOL-ийг бохирдуулахад илүү өртөмтгий болохыг олж тогтоосон. Зөрчилтэй мэт санагдах эдгээр үр дүнг энэ төсөлтэй холбоотой чиглүүлэгч загварчлалын хүчин чармайлтууд болон DIII-D дээр хийх ирээдүйн туршилтууд баталж байна.

Энэхүү төсөлд Принстоны плазмын физикийн лаборатори, Лоуренс Ливерморын үндэсний лаборатори, Сандиа үндэсний лаборатори, ORNL, Ерөнхий атомын их сургууль, Оберн их сургууль, Сан Диего дахь Калифорнийн их сургууль, Торонтогийн их сургууль зэрэг олон улсын шинжээчдийн баг оролцсон. Теннессигийн их сургууль-Ноксвилл, Висконсин-Мэдисоны их сургууль нь плазмын материалын чухал хэрэгсэл болсон. харилцан үйлчлэлийн судалгаа. ТМБ-ын Шинжлэх ухааны алба (Fusion Energy Sciences) судалгаанд дэмжлэг үзүүлсэн.

Тус багийнхан энэ оны эхээр сэтгүүлд онлайнаар судалгаагаа нийтэлжээЦөмийн нэгдэл.

Энэхүү судалгаа нь Францын Кадараш хотод баригдаж буй Европын хамтарсан Торус буюу JET болон ITER-д шууд ашиг тустай бөгөөд хоёулаа чиглүүлэгчийн хувьд вольфрамын хуяг ашигладаг.

"Гэхдээ бид ITER болон JET-ээс бусад зүйлсийг харж байна - бид ирээдүйн хайлуулах реакторуудыг харж байна" гэж Унтерберг хэлэв. “Гянт болд хаана тавих нь дээр вэ, хаана вольфрам тавьж болохгүй вэ? Бидний эцсийн зорилго бол хайлуулах реакторуудыг ирэх үед нь ухаалаг аргаар хуяглах явдал юм."

Unterberg хэлэхдээ, ORNL-ийн өвөрмөц тогтвортой изотопуудын групп нь баяжуулсан изотопын бүрээсийг туршилтад хэрэг болохуйц хэлбэрт оруулахаас өмнө боловсруулж, туршсан нь судалгаа хийх боломжтой болсон. Энэ изотопыг изотопоор тусгаарлагдсан бараг бүх элементийн нөөцийг хадгалдаг ORNL-ийн Үндэсний изотопын хөгжлийн төвөөс өөр хаанаас ч авах боломжгүй байсан гэж тэр хэлэв.

Унтерберг хэлэхдээ "ORNL нь энэ төрлийн судалгаанд онцгой туршлага, онцгой хүсэл эрмэлзэлтэй байдаг." "Бид изотопуудыг хөгжүүлж, тэдгээрийг дэлхий даяар янз бүрийн хэрэглээнд бүх төрлийн судалгаанд ашиглах урт өв уламжлалтай."

Үүнээс гадна ORNL нь US ITER-ийг удирддаг.

Дараа нь, багийнхан вольфрамыг өөр өөр хэлбэртэй хувиргагч руу оруулах нь голын бохирдолд хэрхэн нөлөөлж болохыг судлах болно. Өөр өөр өөр өөр геометрүүд нь плазм-материалын харилцан үйлчлэлийн үндсэн плазмд үзүүлэх нөлөөг багасгаж чадна гэж тэд онолжээ. Соронзон хязгаарлагдмал плазмын төхөөрөмжид шаардлагатай бүрэлдэхүүн хэсэг болох диверторын хамгийн сайн хэлбэрийг мэдэх нь эрдэмтдийг амьдрах чадвартай плазмын реактор руу нэг алхам ойртуулна.

Унтерберг хэлэхдээ, "Хэрэв бид нийгэмд цөмийн эрчим хүчийг бий болгохыг хүсч байгаа бөгөөд дараагийн шатанд шилжихийг хүсч байвал нэгдэх нь ариун нандин зүйл болно."