எதிர்கால அணுக்கரு இணைவு ஆற்றல் உலைகளின் உட்புறம் பூமியில் இதுவரை உருவாக்கப்பட்ட மிகக் கடுமையான சூழல்களில் ஒன்றாக இருக்கும். பூமியின் வளிமண்டலத்தில் மீண்டும் நுழையும் விண்வெளி விண்கலங்களைப் போன்ற பிளாஸ்மா-உற்பத்தி செய்யப்பட்ட வெப்பப் பாய்வுகளிலிருந்து இணைவு உலையின் உட்புறத்தைப் பாதுகாக்க போதுமான வலிமையானது எது?

ORNL ஆராய்ச்சியாளர்கள் இயற்கையான டங்ஸ்டன் (மஞ்சள்) மற்றும் செறிவூட்டப்பட்ட டங்ஸ்டன் (ஆரஞ்சு) ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தி டங்ஸ்டனின் அரிப்பு, போக்குவரத்து மற்றும் மறுவடிவமைப்பு ஆகியவற்றைக் கண்டறிந்தனர். இணைவு சாதனத்தின் உட்புறத்தை கவசமாக்குவதற்கு டங்ஸ்டன் முன்னணி விருப்பமாகும்.

எரிசக்தி துறையின் ஓக் ரிட்ஜ் தேசிய ஆய்வகத்தில் Zeke Unterberg மற்றும் அவரது குழுவினர் தற்போது முன்னணி வேட்பாளருடன் பணிபுரிகின்றனர்: டங்ஸ்டன், கால அட்டவணையில் உள்ள அனைத்து உலோகங்களின் மிக உயர்ந்த உருகும் புள்ளி மற்றும் குறைந்த நீராவி அழுத்தம், அத்துடன் மிக அதிக இழுவிசை வலிமை- நீண்ட காலத்திற்கு துஷ்பிரயோகம் செய்வதற்கு மிகவும் பொருத்தமான பண்புகள். ஒரு இணைவு உலைக்குள் டங்ஸ்டன் எவ்வாறு செயல்படும் என்பதைப் புரிந்துகொள்வதில் அவர்கள் கவனம் செலுத்துகிறார்கள், இது சூரியனின் மையத்தை விட வெப்பமான வெப்பநிலைக்கு ஒளி அணுக்களை வெப்பமாக்கும் ஒரு சாதனமாகும், இதனால் அவை உருகி ஆற்றலை வெளியிடுகின்றன. இணைவு உலையில் உள்ள ஹைட்ரஜன் வாயு ஹைட்ரஜன் பிளாஸ்மாவாக மாற்றப்படுகிறது - இது பகுதியளவு அயனியாக்கம் செய்யப்பட்ட வாயுவைக் கொண்ட பொருளின் நிலை - பின்னர் வலுவான காந்தப்புலங்கள் அல்லது லேசர்களால் ஒரு சிறிய பகுதியில் கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது.

ORNL இன் ஃப்யூஷன் எனர்ஜி பிரிவின் மூத்த ஆராய்ச்சி விஞ்ஞானி அன்டர்பெர்க் கூறுகையில், "உங்கள் அணுஉலையில் ஓரிரு நாட்கள் மட்டுமே நீடிக்கும் ஒன்றை நீங்கள் வைக்க விரும்பவில்லை. “உனக்கு போதுமான ஆயுட்காலம் வேண்டும். மிக அதிக பிளாஸ்மா குண்டுவீச்சு இருக்கும் என்று நாங்கள் எதிர்பார்க்கும் பகுதிகளில் டங்ஸ்டனை வைக்கிறோம்.

2016 ஆம் ஆண்டில், அன்டர்பெர்க் மற்றும் குழு சான் டியாகோவில் உள்ள DOE ஆஃபீஸ் ஆஃப் சயின்ஸ் பயனர் வசதியான DIII-D நேஷனல் ஃப்யூஷன் ஃபெசிலிட்டியில், பிளாஸ்மாவின் வளையத்தைக் கொண்டிருக்கும் காந்தப்புலங்களைப் பயன்படுத்தும் ஃபியூஷன் ரியாக்டரான டோகாமாக்கில் சோதனைகளை நடத்தத் தொடங்கியது. பிளாஸ்மாவை பெரிதும் மாசுபடுத்தாமல், பிளாஸ்மாவின் விளைவுகளால் ஏற்படும் விரைவான அழிவிலிருந்து பாதுகாக்கும்-டோகாமாக்கின் வெற்றிட அறையை-கவசமாக்குவதற்கு டங்ஸ்டனைப் பயன்படுத்த முடியுமா என்பதை அவர்கள் அறிய விரும்பினர். இந்த மாசுபாடு, போதுமான அளவு நிர்வகிக்கப்படாவிட்டால், இறுதியில் இணைவு எதிர்வினையை அணைக்க முடியும்.

"அறையில் உள்ள பகுதிகள் குறிப்பாக மோசமாக இருக்கும் என்பதை நாங்கள் தீர்மானிக்க முயற்சித்தோம்: டங்ஸ்டன் பிளாஸ்மாவை மாசுபடுத்தக்கூடிய அசுத்தங்களை உருவாக்கும் வாய்ப்பு அதிகம்" என்று அன்டர்பெர்க் கூறினார்.

அதைக் கண்டறிய, ஆராய்ச்சியாளர்கள் டங்ஸ்டனின் செறிவூட்டப்பட்ட ஐசோடோப்பைப் பயன்படுத்தினர், W-182, மாற்றப்படாத ஐசோடோப்புடன், டைவர்ட்டருக்குள் இருந்து டங்ஸ்டனின் அரிப்பு, போக்குவரத்து மற்றும் மறுவடிவமைப்பைக் கண்டறிய. பிளாஸ்மா மற்றும் அசுத்தங்களைத் திசைதிருப்ப வடிவமைக்கப்பட்ட வெற்றிட அறைக்குள் உள்ள டைவர்ட்டருக்குள் டங்ஸ்டனின் இயக்கத்தைப் பார்க்கும்போது, ​​அது டோகாமாக்கிற்குள் உள்ள மேற்பரப்புகளிலிருந்து எவ்வாறு அரிக்கப்படுகிறது மற்றும் பிளாஸ்மாவுடன் தொடர்பு கொள்கிறது என்பதற்கான தெளிவான படத்தை அவர்களுக்கு வழங்கியது. செறிவூட்டப்பட்ட டங்ஸ்டன் ஐசோடோப்பு வழக்கமான டங்ஸ்டனின் அதே உடல் மற்றும் வேதியியல் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது. DIII-D இல் மேற்கொள்ளப்பட்ட சோதனைகள், கப்பலில் உள்ள ஒரு பகுதியான டைவர்ட்டர் தொலைதூர-இலக்கு பகுதி என்று அழைக்கப்படும் மிக உயர்ந்த வெப்பப் பாய்வு மண்டலத்திற்கு அருகில், ஆனால் இல்லை, செறிவூட்டப்பட்ட ஐசோடோப்பு பூசப்பட்ட சிறிய உலோக செருகல்களைப் பயன்படுத்தியது. தனித்தனியாக, மிக உயர்ந்த ஃப்ளக்ஸ்கள் கொண்ட டைவர்ட்டர் பகுதியில், ஸ்ட்ரைக்-பாயிண்ட், ஆராய்ச்சியாளர்கள் மாற்றப்படாத ஐசோடோப்புடன் செருகல்களைப் பயன்படுத்தினர். DIII-D அறையின் எஞ்சிய பகுதி கிராஃபைட் மூலம் கவசமாக உள்ளது.

இந்த அமைப்பானது, கப்பல் கவசத்திலிருந்து வெளியேறும் அசுத்த ஓட்டத்தை அளவிடுவதற்காக அறையில் தற்காலிகமாக செருகப்பட்ட சிறப்பு ஆய்வுகளில் மாதிரிகளை சேகரிக்க ஆராய்ச்சியாளர்களை அனுமதித்தது, இது டைவர்ட்டரில் இருந்து அறைக்குள் கசிந்த டங்ஸ்டன் எங்குள்ளது என்பது பற்றிய துல்லியமான யோசனையை அவர்களுக்கு வழங்க முடியும். உருவானது.

"செறிவூட்டப்பட்ட ஐசோடோப்பைப் பயன்படுத்துவது எங்களுக்கு ஒரு தனித்துவமான கைரேகையைக் கொடுத்தது" என்று அன்டர்பெர்க் கூறினார்.

இணைவு சாதனத்தில் நடத்தப்பட்ட முதல் பரிசோதனை இதுவாகும். சேம்பர் கவசத்திற்கான இந்த பொருட்களுக்கான சிறந்த பொருட்கள் மற்றும் இருப்பிடத்தை தீர்மானிப்பது ஒரு குறிக்கோளாக இருந்தது, அதே நேரத்தில் பிளாஸ்மா-மெட்டீரியல் தொடர்புகளால் ஏற்படும் அசுத்தங்களை பெரும்பாலும் திசைமாற்றி மற்றும் இணைவை உருவாக்க பயன்படும் காந்தம்-கட்டுப்படுத்தப்பட்ட மைய பிளாஸ்மாவை மாசுபடுத்தாமல் இருக்க வேண்டும்.

திசைமாற்றிகளின் வடிவமைப்பு மற்றும் செயல்பாட்டில் உள்ள ஒரு சிக்கலானது, விளிம்பு-உள்ளூர்மயமாக்கப்பட்ட முறைகள் அல்லது ELMகளால் ஏற்படும் பிளாஸ்மாவில் தூய்மையற்ற மாசுபாடு ஆகும். இவற்றில் சில வேகமான, அதிக ஆற்றல் கொண்ட நிகழ்வுகள், சூரிய எரிப்புகளைப் போலவே, திசைமாற்றி தகடுகள் போன்ற கப்பல் கூறுகளை சேதப்படுத்தலாம் அல்லது அழிக்கலாம். ELMகளின் அதிர்வெண், இந்த நிகழ்வுகள் ஒரு நொடிக்கு நிகழும் நேரங்கள், பிளாஸ்மாவிலிருந்து சுவருக்கு வெளியிடப்படும் ஆற்றலின் அளவைக் குறிக்கும். உயர் அதிர்வெண் கொண்ட ELMகள் ஒரு வெடிப்புக்கு குறைந்த அளவு பிளாஸ்மாவை வெளியிடலாம், ஆனால் ELMகள் குறைவாக இருந்தால், ஒரு வெடிப்புக்கு வெளியிடப்படும் பிளாஸ்மா மற்றும் ஆற்றல் அதிகமாக இருக்கும், சேதத்திற்கான அதிக நிகழ்தகவு உள்ளது. சமீபத்திய ஆராய்ச்சி ELMகளின் அதிர்வெண்ணைக் கட்டுப்படுத்தவும் அதிகரிக்கவும் வழிகளைப் பார்த்தது, அதாவது பெல்லட் ஊசி அல்லது மிகச் சிறிய அளவில் கூடுதல் காந்தப்புலங்கள்.

அன்டர்பெர்க்கின் குழு, அவர்கள் எதிர்பார்த்தது போல், டங்ஸ்டன் உயர்-ஃப்ளக்ஸ் ஸ்டிரைக்-பாயிண்டிலிருந்து வெகு தொலைவில் இருப்பது, குறைந்த அதிர்வெண் கொண்ட ELM களுக்கு வெளிப்படும் போது மாசுபடுவதற்கான நிகழ்தகவை பெரிதும் அதிகரித்தது, அவை ஒரு நிகழ்வுக்கு அதிக ஆற்றல் உள்ளடக்கம் மற்றும் மேற்பரப்பு தொடர்பு கொண்டது. கூடுதலாக, இந்த டைவர்ட்டர் தொலைதூர இலக்கு பகுதி பொதுவாக ஸ்ட்ரைக்-பாயின்ட்டை விட குறைந்த ஃப்ளக்ஸ்களைக் கொண்டிருந்தாலும், SOL ஐ மாசுபடுத்துவதற்கான வாய்ப்புகள் அதிகம் என்று குழு கண்டறிந்தது. இந்த திட்டத்துடன் தொடர்புடைய திசைமாற்றி மாடலிங் முயற்சிகள் மற்றும் DIII-D இல் எதிர்கால பரிசோதனைகள் மூலம் இந்த எதிர்மறையான முடிவுகள் உறுதிப்படுத்தப்படுகின்றன.

இந்த திட்டமானது வட அமெரிக்கா முழுவதிலும் இருந்து நிபுணர்கள் குழுவை உள்ளடக்கியது, இதில் பிரின்ஸ்டன் பிளாஸ்மா இயற்பியல் ஆய்வகம், லாரன்ஸ் லிவர்மோர் தேசிய ஆய்வகம், சாண்டியா தேசிய ஆய்வகங்கள், ORNL, பொது அணுவியல், ஆபர்ன் பல்கலைக்கழகம், சான் டியாகோவில் உள்ள கலிபோர்னியா பல்கலைக்கழகம், டொராண்டோ பல்கலைக்கழகம். டென்னசி பல்கலைக்கழகம்-நாக்ஸ்வில்லே மற்றும் விஸ்கான்சின்-மாடிசன் பல்கலைக்கழகம், இது பிளாஸ்மா-பொருள் தொடர்பு ஆராய்ச்சிக்கு ஒரு குறிப்பிடத்தக்க கருவியை வழங்கியது. DOE இன் அறிவியல் அலுவலகம் (Fusion Energy Sciences) ஆய்வுக்கு ஆதரவை வழங்கியது.

குழு இந்த ஆண்டின் தொடக்கத்தில் ஆன்லைனில் ஆராய்ச்சியை இதழில் வெளியிட்டதுஅணு இணைவு.

இப்போது பிரான்சின் கேடராச்சியில் கட்டுமானத்தில் உள்ள கூட்டு ஐரோப்பிய டோரஸ் அல்லது JET மற்றும் ITER க்கு இந்த ஆராய்ச்சி உடனடியாக பயனளிக்கும், இவை இரண்டும் டைவர்ட்டருக்கு டங்ஸ்டன் கவசத்தைப் பயன்படுத்துகின்றன.

"ஆனால் நாங்கள் ITER மற்றும் JET க்கு அப்பாற்பட்ட விஷயங்களைப் பார்க்கிறோம் - நாங்கள் எதிர்கால இணைவு உலைகளைப் பார்க்கிறோம்," என்று அன்டர்பெர்க் கூறினார். “எங்கே டங்ஸ்டன் போடுவது சிறந்தது, எங்கு டங்ஸ்டன் போடக்கூடாது? எங்களின் இறுதி இலக்கு, நமது இணைவு உலைகளை, அவை வரும்போது, ​​புத்திசாலித்தனமான முறையில் கவசம் செய்வதே ஆகும்.

அன்டர்பெர்க் கூறுகையில், ORNL இன் தனித்துவமான நிலையான ஐசோடோப்புகள் குழு, செறிவூட்டப்பட்ட ஐசோடோப்பு பூச்சுகளை சோதனைக்கு பயனுள்ள வடிவத்தில் வைப்பதற்கு முன்பு அதை உருவாக்கி சோதித்தது, ஆராய்ச்சியை சாத்தியமாக்கியது. அந்த ஐசோடோப்பு ORNL இல் உள்ள தேசிய ஐசோடோப்பு மேம்பாட்டு மையத்திலிருந்து வேறு எங்கும் கிடைத்திருக்காது, இது ஐசோடோபிகலாக பிரிக்கப்பட்ட ஒவ்வொரு தனிமத்தின் இருப்புகளையும் பராமரிக்கிறது, என்றார்.

"ORNL இந்த வகையான ஆராய்ச்சிக்கான தனிப்பட்ட நிபுணத்துவம் மற்றும் குறிப்பிட்ட விருப்பங்களைக் கொண்டுள்ளது" என்று அன்டர்பெர்க் கூறினார். "ஐசோடோப்புகளை உருவாக்குவதற்கும், உலகெங்கிலும் உள்ள பல்வேறு பயன்பாடுகளில் அனைத்து வகையான ஆராய்ச்சிகளிலும் அவற்றைப் பயன்படுத்துவதற்கும் ஒரு நீண்ட பாரம்பரியம் எங்களிடம் உள்ளது."

கூடுதலாக, ORNL US ITER ஐ நிர்வகிக்கிறது.

அடுத்து, டங்ஸ்டனை வெவ்வேறு வடிவ டைவர்ட்டர்களில் வைப்பது மையத்தின் மாசுபாட்டை எவ்வாறு பாதிக்கலாம் என்பதை குழு ஆராயும். வெவ்வேறு திசைமாற்றி வடிவவியல்கள் மைய பிளாஸ்மாவில் பிளாஸ்மா-பொருள் தொடர்புகளின் விளைவுகளை குறைக்கலாம், அவை கோட்பாடு செய்துள்ளன. ஒரு திசைமாற்றிக்கான சிறந்த வடிவத்தை அறிவது - ஒரு காந்த-கட்டுப்படுத்தப்பட்ட பிளாஸ்மா சாதனத்திற்கு தேவையான கூறு - விஞ்ஞானிகளை ஒரு சாத்தியமான பிளாஸ்மா உலைக்கு ஒரு படி நெருக்கமாக வைக்கும்.

"நாம், ஒரு சமூகமாக, அணுசக்தி நடக்க வேண்டும் என்று கூறினால், அடுத்த கட்டத்திற்கு செல்ல விரும்புகிறோம்," என்று அன்டர்பெர்க் கூறினார், "இணைவு புனிதமானதாக இருக்கும்."