අනාගත න්‍යෂ්ටික විලයන බලශක්ති ප්‍රතික්‍රියාකාරකවල අභ්‍යන්තරය පෘථිවියේ මෙතෙක් නිපදවා ඇති දරුණුතම පරිසරයන් අතර වේ. පෘථිවි වායුගෝලයට නැවත ඇතුල් වන අභ්‍යවකාශ ෂටලවලට සමාන ප්ලාස්මා නිපදවන තාප ප්‍රවාහ වලින් විලයන ප්‍රතික්‍රියාකාරකයක අභ්‍යන්තරය ආරක්ෂා කිරීමට තරම් ශක්තිමත් කුමක්ද?

ORNL පර්යේෂකයන් ස්වභාවික ටංස්ටන් (කහ) සහ පොහොසත් ටංස්ටන් (තැඹිලි) භාවිතා කර ටංස්ටන් ඛාදනය, ප්‍රවාහනය සහ නැවත තැන්පත් කිරීම සොයා ගන්නා ලදී. ටංස්ටන් යනු විලයන උපාංගයක් ඇතුළත සන්නද්ධ කිරීමට ඇති ප්‍රමුඛතම විකල්පයයි.

බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුවේ Oak Ridge ජාතික රසායනාගාරයේ Zeke Unterberg සහ ඔහුගේ කණ්ඩායම දැනට ප්‍රමුඛ අපේක්ෂකයා සමඟ වැඩ කරමින් සිටිති: ආවර්තිතා වගුවේ ඇති සියලුම ලෝහවල ඉහළම ද්‍රවාංකය සහ අඩුම වාෂ්ප පීඩනය ඇති ටංස්ටන්, මෙන්ම ඉතා ඉහළ ආතන්ය ශක්තිය— දිගු කාලයක් අපයෝජනය කිරීමට එය හොඳින් ගැලපෙන ගුණාංග. ඔවුන් අවධානය යොමු කර ඇත්තේ විලයන ප්‍රතික්‍රියාකාරකයක් තුළ ටංස්ටන් ක්‍රියා කරන ආකාරය අවබෝධ කර ගැනීම සඳහා වන අතර, ආලෝක පරමාණු සූර්ය හරයට වඩා උණුසුම් උෂ්ණත්වයකට රත් කරන උපකරණයක් වන අතර එමඟින් ඒවා විලයනය කර ශක්තිය මුදා හරිනු ලැබේ. විලයන ප්‍රතික්‍රියාකාරකයක ඇති හයිඩ්‍රජන් වායුව හයිඩ්‍රජන් ප්ලාස්මා බවට පරිවර්තනය වේ - එය අර්ධ වශයෙන් අයනීකෘත වායුවකින් සමන්විත පදාර්ථ තත්ත්වයකි - එය පසුව ප්‍රබල චුම්බක ක්ෂේත්‍ර හෝ ලේසර් මගින් කුඩා කලාපයකට සීමා වේ.

ORNL හි Fusion Energy අංශයේ ජ්‍යෙෂ්ඨ පර්යේෂණ විද්‍යාඥයෙකු වන Unterberg පැවසුවේ, “ඔබේ ප්‍රතික්‍රියාකාරකයේ දින කිහිපයක් පමණක් පවතින දෙයක් තැබීමට ඔබට අවශ්‍ය නැත. “ඔබට ප්‍රමාණවත් ජීවිත කාලයක් ලබා ගැනීමට අවශ්‍යයි. ඉතා ඉහළ ප්ලාස්මා බෝම්බ හෙලීමක් සිදුවනු ඇතැයි අපි අපේක්ෂා කරන ප්‍රදේශවල අපි ටංස්ටන් තැබුවෙමු.

2016 දී, Unterberg සහ කණ්ඩායම සැන් ඩියාගෝ හි DOE Office of Science පරිශීලක පහසුකම වන DIII-D National Fusion Facility හි ප්ලාස්මා වලල්ලක් අඩංගු කිරීමට චුම්භක ක්ෂේත්‍ර භාවිතා කරන විලයන ප්‍රතික්‍රියාකාරකයක් වන tokamak හි අත්හදා බැලීම් සිදු කිරීමට පටන් ගත්හ. ප්ලාස්මාව දැඩි ලෙස අපවිත්‍ර නොකර, ප්ලාස්මාවේ බලපෑමෙන් සිදුවන ශීඝ්‍ර විනාශයෙන් එය ආරක්ෂා කරමින්, ටොකාමාක්ගේ රික්තක කුටිය සන්නාහ කිරීමට ටංස්ටන් භාවිත කළ හැකිද යන්න දැනගැනීමට ඔවුන්ට අවශ්‍ය විය. මෙම දූෂණය, ප්‍රමාණවත් ලෙස කළමනාකරණය නොකළහොත්, අවසානයේදී විලයන ප්‍රතික්‍රියාව නිවා දැමිය හැකිය.

"අපි උත්සාහ කළේ කුටියේ කුමන ප්‍රදේශ විශේෂයෙන් නරකද යන්න තීරණය කිරීමටයි: ටංස්ටන් ප්ලාස්මා දූෂණය කළ හැකි අපද්‍රව්‍ය ජනනය කිරීමට බොහෝ දුරට ඉඩ තිබේ," අන්ටර්බර්ග් පැවසීය.

එය සොයා ගැනීම සඳහා, පර්යේෂකයන් ටංස්ටන් හි ඛාදනය, ප්‍රවාහනය සහ නැවත තැන්පත් කිරීම ඩිවර්ටරය තුළ සොයා ගැනීමට නවීකරණය නොකළ සමස්ථානිකය සමඟින් ටංස්ටන් හි පොහොසත් සමස්ථානිකයක් වන W-182 භාවිතා කළහ. ප්ලාස්මා සහ අපද්‍රව්‍ය වෙනතකට යොමු කිරීම සඳහා නිර්මාණය කර ඇති රික්ත කුටීරය තුළ ප්‍රදේශයක් වන ඩිවර්ටරය තුළ ටංස්ටන් චලනය දෙස බැලීමෙන් එය ටොකාමාක් ඇතුළත මතුපිටින් ඛාදනය වන ආකාරය සහ ප්ලාස්මා සමඟ අන්තර් ක්‍රියා කරන ආකාරය පිළිබඳ පැහැදිලි චිත්‍රයක් ඔවුන්ට ලබා දුන්නේය. පොහොසත් ටංස්ටන් සමස්ථානිකය සාමාන්‍ය ටංස්ටන් වලට සමාන භෞතික හා රසායනික ගුණ ඇත. DIII-D හි අත්හදා බැලීම්වලදී, යාත්‍රාවේ සාමාන්‍යයෙන් ඩිවර්ටර් දුර ඉලක්ක කලාපය ලෙස හැඳින්වෙන ඉහළම තාප ප්‍රවාහ කලාපයට ආසන්නව, නමුත් නොව, පොහොසත් සමස්ථානිකයෙන් ආලේප කරන ලද කුඩා ලෝහ ඇතුළු කිරීම් භාවිතා කරන ලදී. වෙනමම, ඉහළම ප්‍රවාහයන් සහිත ඩිවර්ටර් ප්‍රදේශයක, වර්ජන ලක්ෂ්‍යය, පර්යේෂකයන් විසින් වෙනස් නොකළ සමස්ථානිකයක් සහිත ඇතුළු කිරීම් භාවිතා කරන ලදී. DIII-D කුටියේ ඉතිරි කොටස මිනිරන් වලින් සන්නද්ධ වේ.

මෙම සැකසුම මගින් පර්යේෂකයන්ට යාත්‍රා සන්නාහයට සහ ඉන් පිටතට ගලා යන අපිරිසිදුකම මැනීම සඳහා කුටියේ තාවකාලිකව ඇතුළු කර ඇති විශේෂ පරීක්ෂණ මත සාම්පල එකතු කිරීමට ඉඩ ලබා දුන් අතර එමඟින් ඩිවර්ටරයෙන් ඉවතට කාන්දු වූ ටංස්ටන් කුටිය තුළට කාන්දු වී ඇත්තේ කොතැනද යන්න පිළිබඳ වඩාත් නිවැරදි අදහසක් ලබා දිය හැකිය. ආරම්භ විය.

"පොහොසත් වූ සමස්ථානිකය භාවිතා කිරීමෙන් අපට අද්විතීය ඇඟිලි සලකුණක් ලබා දුන්නේය," අන්ටර්බර්ග් පැවසීය.

එය විලයන උපකරණයක සිදු කරන ලද එවැනි පළමු අත්හදා බැලීම විය. එක් ඉලක්කයක් වූයේ, ප්ලාස්මා-ද්‍රව්‍ය අන්තර්ක්‍රියා නිසා ඇති වන අපද්‍රව්‍ය විශාල වශයෙන් ඩිවර්ටරය තුළ තබා ගැනීම සහ විලයනය නිපදවීමට භාවිතා කරන චුම්බක-සීමිත හර ප්ලාස්මා දූෂණය නොකිරීම අතරම, කුටීර සන්නද්ධ කිරීම සඳහා මෙම ද්‍රව්‍ය සඳහා හොඳම ද්‍රව්‍ය සහ ස්ථානය තීරණය කිරීමයි.

ඩිවර්ටර් සැලසුම් කිරීම සහ ක්‍රියාත්මක කිරීම සමඟ ඇති එක් සංකූලතාවයක් වන්නේ දාර-දේශීය ක්‍රම හෝ ELM නිසා ඇති වන ප්ලාස්මාවේ අපිරිසිදුකමයි. මෙම සමහර වේගවත්, අධි ශක්ති සිදුවීම්, සූර්ය ගිනිදැල් වලට සමාන, ඩිවර්ටර් තහඩු වැනි යාත්‍රා සංරචක වලට හානි කිරීමට හෝ විනාශ කිරීමට හැකිය. ELM වල සංඛ්‍යාතය, තත්පරයකට මෙම සිදුවීම් සිදුවන වාර ගණන, ප්ලාස්මාවේ සිට බිත්තියට මුදා හරින ශක්ති ප්‍රමාණය පිළිබඳ දර්ශකයකි. අධි-සංඛ්‍යාත ELM වලට එක් පිපිරුමක් සඳහා අඩු ප්ලාස්මා ප්‍රමාණයක් මුදා හැරිය හැක, නමුත් ELMs අඩුවෙන් සිදුවේ නම්, එක් පිපිරීමකට මුදා හරින ප්ලාස්මා සහ ශක්තිය වැඩි වන අතර, හානි සඳහා වැඩි සම්භාවිතාවක් ඇත. මෑත කාලීන පර්යේෂණ මගින් ELM වල සංඛ්‍යාතය පාලනය කිරීමට සහ වැඩි කිරීමට ක්‍රම සොයා බලා ඇත, එනම් පෙති එන්නත් කිරීම හෝ අතිරේක චුම්බක ක්ෂේත්‍ර ඉතා කුඩා විශාලත්වයකින්.

Unterberg ගේ කණ්ඩායම සොයා ගත් පරිදි, ඔවුන් අපේක්ෂා කළ පරිදි, ටංස්ටන් ඉහළ ප්‍රවාහ වර්‍ජන ලක්ෂ්‍යයට වඩා දුරින් තිබීම නිසා ඉහළ ශක්ති අන්තර්ගතයක් සහ එක් සිදුවීමකට මතුපිට සම්බන්ධතා ඇති අඩු සංඛ්‍යාත ELM වලට නිරාවරණය වන විට දූෂණය වීමේ සම්භාවිතාව බෙහෙවින් වැඩි විය. මීට අමතරව, මෙම ඩිවර්ටර් දුර ඉලක්ක කලාපය සාමාන්‍යයෙන් වර්‍ජන ලක්ෂ්‍යයට වඩා අඩු ප්‍රවාහ ඇති වුවද SOL දූෂණය වීමට වැඩි ඉඩක් ඇති බව කණ්ඩායම සොයා ගත්හ. මෙම ව්‍යාපෘතියට අදාළව සිදුවෙමින් පවතින ඩිවර්ටර් ආකෘති නිර්මාණ ප්‍රයත්නයන් සහ DIII-D පිළිබඳ අනාගත අත්හදා බැලීම් මගින් මෙම පෙනෙන ප්‍රතිවිරෝධතා ප්‍රතිඵල සනාථ වේ.

මෙම ව්‍යාපෘතියට ප්‍රින්ස්ටන් ප්ලාස්මා භෞතික විද්‍යාගාරය, ලෝරන්ස් ලිවර්මෝ ​​ජාතික රසායනාගාරය, සැන්ඩියා ජාතික රසායනාගාර, ORNL, සාමාන්‍ය පරමාණු විද්‍යාව, Auburn විශ්වවිද්‍යාලය, සැන් ඩියාගෝහි කැලිෆෝනියා විශ්වවිද්‍යාලය, ටොරොන්ටෝ විශ්වවිද්‍යාලයේ සහයෝගිතාකරුවන් ඇතුළු උතුරු ඇමරිකාව පුරා සිටින විශේෂඥයින් කණ්ඩායමක් සම්බන්ධ විය. ටෙනසි ​​විශ්ව විද්‍යාලය - නොක්ස්විල් සහ විස්කොන්සින්-මැඩිසන් විශ්ව විද්‍යාලය, එය ප්ලාස්මා-ද්‍රව්‍ය අන්තර්ක්‍රියා පර්යේෂණ සඳහා සැලකිය යුතු මෙවලමක් සපයන ලදී. DOE's Office of Science (Fusion Energy Sciences) අධ්‍යයනය සඳහා සහාය ලබා දුන්නේය.

මෙම කණ්ඩායම මෙම වසර මුලදී සඟරාවේ අන්තර්ජාලය ඔස්සේ පර්යේෂණ ප්‍රකාශයට පත් කළේයන්යෂ්ටික විලයනය.

පර්යේෂණය වහාම ප්‍රංශයේ Cadarache හි ඉදිවෙමින් පවතින ඒකාබද්ධ යුරෝපීය ටෝරස්, හෝ JET, සහ ITER වෙත ප්‍රතිලාභ ලැබිය හැකි අතර, ඒ දෙකම divertor සඳහා ටංස්ටන් සන්නාහයක් භාවිතා කරයි.

"නමුත් අපි ITER සහ JET වලින් ඔබ්බට දේවල් දෙස බලා සිටිමු - අපි අනාගතයේ විලයන ප්‍රතික්‍රියාකාරක දෙස බලා සිටිමු," Unterberg පැවසීය. “ටංස්ටන් දැමීමට හොඳම කොතැනද, ටංස්ටන් නොදැමිය යුත්තේ කොතැනද? අපගේ අවසාන ඉලක්කය වන්නේ අපගේ විලයන ප්‍රතික්‍රියාකාරක, ඒවා පැමිණි විට, බුද්ධිමත් ආකාරයෙන් සන්නද්ධ කිරීමයි.”

Unterberg පැවසුවේ ORNL හි අද්විතීය ස්ථායී සමස්ථානික සමූහය, එය අත්හදා බැලීම සඳහා ප්‍රයෝජනවත් ආකාරයකට තැබීමට පෙර පොහොසත් සමස්ථානික ආලේපනය සංවර්ධනය කර පරීක්ෂා කර ඇති බවයි. එම සමස්ථානිකය ORNL හි ජාතික සමස්ථානික සංවර්ධන මධ්‍යස්ථානයෙන් මිස වෙනත් කිසිම තැනක නොතිබෙනු ඇති අතර, එය සමස්ථානික වශයෙන් වෙන් කරන ලද සෑම මූලද්‍රව්‍යයක්ම පාහේ තොගයක් පවත්වා ගෙන යන බව ඔහු පැවසීය.

"ORNL සතුව මෙම ආකාරයේ පර්යේෂණ සඳහා අද්විතීය විශේෂඥතාවක් සහ විශේෂ ආශාවක් ඇත," Unterberg පැවසීය. "සමස්ථානික සංවර්ධනය කිරීම සහ ලොව පුරා විවිධ යෙදුම්වල සියලු වර්ගවල පර්යේෂණ සඳහා භාවිතා කිරීමේ දිගු උරුමයක් අපට තිබේ."

ඊට අමතරව, ORNL US ITER කළමනාකරණය කරයි.

මීළඟට, ටංස්ටන් විවිධ හැඩැති ඩිවර්ටර්වලට දැමීම හරය දූෂණය වීමට බලපාන්නේ කෙසේදැයි කණ්ඩායම සොයා බලනු ඇත. විවිධ ඩිවර්ටර් ජ්‍යාමිතිය මගින් මූලික ප්ලාස්මාව මත ප්ලාස්මා-ද්‍රව්‍ය අන්තර්ක්‍රියා වල බලපෑම අවම කළ හැකි බව ඔවුන් න්‍යායාත්මක කර ඇත. චුම්බක-සීමිත ප්ලාස්මා උපාංගයක් සඳහා අත්‍යවශ්‍ය අංගයක් වන ඩිවර්ටරය සඳහා හොඳම හැඩය දැනගැනීම විද්‍යාඥයන් ශක්‍ය ප්ලාස්මා ප්‍රතික්‍රියාකාරකයකට එක් පියවරක් සමීප කරනු ඇත.

"අපි සමාජයක් ලෙස, අපට න්‍යෂ්ටික ශක්තිය සිදුවීමට අවශ්‍ය යැයි පැවසුවහොත් සහ අපට ඊළඟ අදියර කරා යාමට අවශ්‍ය නම්, විලයනය ශුද්ධ ග්‍රේල් වනු ඇත" යනුවෙන් අන්ටර්බර්ග් පැවසීය.