Даруни реакторҳои ояндаи энергияи синтези ҳастаӣ яке аз сахттарин муҳитҳое хоҳад буд, ки то ҳол дар рӯи замин тавлид шудааст. Барои муҳофизат кардани дохили реактори синтез аз ҷараёни гармии плазма, ки ба киштиҳои кайҳонӣ, ки ба атмосфераи Замин дубора ворид мешаванд, чӣ қадар қавӣ аст?

Муҳаққиқони ORNL вольфрами табиӣ (зард) ва волфрами ғанишуда (норанҷӣ) барои пайгирии эрозия, интиқол ва дубора ҷойгиршавии волфрамро истифода бурданд. Вольфрам як варианти пешбари зиреҳпӯшии дохили дастгоҳи синтез мебошад.

Зеке Унтерберг ва дастаи ӯ дар Лабораторияи Миллии Оак Риджи Департаменти Энергетика дар айни замон бо номзади пешбар кор карда истодаанд: вольфрам, ки нуқтаи обшавии баландтарин ва фишори пасттарини буғ дар байни ҳамаи металлҳо дар ҷадвали даврӣ, инчунин қобилияти хеле баландро дорад. хосиятҳое, ки онро барои гирифтани суиистифода дар муддати тӯлонӣ мувофиқ мекунанд. Онҳо ба фаҳмидани он, ки волфрам дар дохили реактори синтез чӣ гуна кор хоҳад кард, дастгоҳе, ки атомҳои рӯшноиро то ҳарорати гармтар аз ядрои офтоб гарм мекунад, то онҳо энергияро ба ҳам мепайвандад. Гази гидроген дар реактори синтез ба плазмаи гидроген табдил меёбад - ҳолати материя, ки аз гази қисман ионизатсияшуда иборат аст, ки баъдан дар як минтақаи хурд тавассути майдонҳои магнитии қавӣ ё лазерҳо маҳдуд карда мешавад.

"Шумо намехоҳед чизеро дар реактори худ ҷойгир кунед, ки ҳамагӣ чанд рӯз давом мекунад" гуфт Унтерберг, олими калони тадқиқотӣ дар шӯъбаи Fusion Energy ORNL. “Шумо мехоҳед умри кофӣ дошта бошед. Мо вольфрамро дар ҷойҳое мегузорем, ки дар он ҷо бомбаборони плазма хеле баланд мешавад."

Дар соли 2016, Унтерберг ва даста ба гузаронидани таҷрибаҳо дар токамак, реактори синтез, ки майдонҳои магнитиро барои нигоҳ доштани ҳалқаи плазма истифода мебаранд, дар Facility National Fusion DIII-D, як муассисаи DOE of Science дар Сан Диего оғоз карданд. Онхо мехостанд бидонанд, ки оё вольфрамро барои зиреҳпӯш кардани камераи вакуумии токамак истифода бурдан мумкин аст, ки онро аз харобшавии босуръати таъсири плазма муҳофизат мекунад - бидуни ифлосшавии худи плазма. Ин ифлосшавӣ, агар ба таври кофӣ идора карда нашавад, метавонад дар ниҳоят реаксияи синтезро хомӯш кунад.

"Мо кӯшиш мекардем, ки муайян кунем, ки кадом минтақаҳои палата махсусан бад хоҳанд буд: дар он ҷо вольфрам эҳтимолан ифлосҳоеро ба вуҷуд меорад, ки метавонанд плазмаро олуда кунанд" гуфт Унтерберг.

Барои дарёфти он, муҳаққиқон изотопи ғанишудаи волфрам W-182-ро дар баробари изотопи бетағйир истифода бурданд, то эрозия, интиқол ва дубора ҷойгиршавии волфрамро аз дохили дивертор пайгирӣ кунанд. Ба ҳаракати вольфрам дар дохили дивертор нигоҳ карда, дар дохили камераи вакуумӣ, ки барои интиқоли плазма ва ифлосҳо пешбинӣ шудааст, ба онҳо тасаввуроти равшантар дод, ки он чӣ гуна аз сатҳи дохили токамак эрозия мешавад ва бо плазма ҳамкорӣ мекунад. Изотопи ғанишудаи волфрам дорои хосиятҳои физикӣ ва химиявӣ мебошад, ки волфрами муқаррарӣ дорад. Таҷрибаҳо дар DIII-D қисмҳои хурди металлиро истифода бурданд, ки бо изотопи ғанишуда дар наздикӣ ҷойгир шудаанд, аммо на дар минтақаи баландтарини гармӣ, минтақае дар зарфе, ки маъмулан минтақаи дивертори дурдаст номида мешавад. Алоҳида, дар минтақаи диверторе, ки ҷараёнҳои баландтарин, нуқтаи зарбазанӣ доранд, муҳаққиқон изотопи бетағйирёфтаро истифода бурданд. Қисми боқимондаи камераи DIII-D бо графит зиреҳпӯш карда шудааст.

Ин насб ба муҳаққиқон имкон дод, ки намунаҳоро дар зондҳои махсусе, ки муваққатан дар камера барои чен кардани ҷараёни наҷосат ба зиреҳи зарф ҷойгир карда шудаанд, ҷамъоварӣ кунанд, ки ин метавонад ба онҳо тасаввуроти дақиқтаре диҳад, ки вольфрам аз дивертор ба камера дар куҷо ҷойгир шудааст. ба вуҷуд омадааст.

"Истифодаи изотопи ғанишуда ба мо изи ангуштони беназир дод" гуфт Унтерберг.

Ин аввалин чунин таҷрибае буд, ки дар дастгоҳи синтез гузаронида шуд. Яке аз ҳадафҳо муайян кардани беҳтарин мавод ва ҷойгиршавии ин маводҳо барои зиреҳпӯшии камера буд, дар ҳоле ки нигоҳ доштани ифлосиҳое, ки дар натиҷаи таъсири мутақобилаи плазма-материалҳо асосан ба дивертор дохил мешаванд ва ифлос накардани плазмаи ядрои бо магнитӣ, ки барои тавлиди синтез истифода мешаванд, буд.

Як мушкилӣ бо тарҳрезӣ ва кори диверторҳо ифлосшавии наҷосат дар плазма мебошад, ки дар натиҷаи режимҳои канори маҳаллӣ ё ELMҳо ба вуҷуд омадаанд. Баъзе аз ин рӯйдодҳои зуд ва энергияи баланд, ки ба алангаҳои офтобӣ монанданд, метавонанд ҷузъҳои зарфро, аз қабили плитаҳои диверторро вайрон ё нобуд созанд. Басомади ЭЛМ, маротиба дар як сония рух додани ин ҳодисаҳо нишондиҳандаи миқдори энергияи аз плазма ба девор баровардашуда мебошад. ELM-ҳои басомади баланд метавонанд миқдори ками плазмаро дар як оташфишонӣ озод кунанд, аммо агар ELMҳо камтар зуд-зуд бошанд, плазма ва энергияе, ки дар як оташфишонӣ бароварда мешавад, бо эҳтимолияти зиён зиёд аст. Тадқиқоти охирин роҳҳои назорат ва зиёд кардани басомади ELM-ро, аз қабили бо тазриқи пеллетҳо ё майдонҳои магнитии иловагии магнитии хеле хурдро дида баромад.

Гурӯҳи Унтерберг, тавре ки онҳо интизор буданд, дарёфтанд, ки дур будани вольфрам аз нуқтаи зарбаи баланд эҳтимолияти олудашавӣ ҳангоми дучор шудан ба ELM-ҳои басомади паст, ки дорои миқдори зиёди энергия ва тамоси рӯи ҳар як ҳодиса мебошанд, хеле зиёд шудааст. Илова бар ин, гурӯҳ муайян кард, ки ин минтақаи дурдаст ба ифлосшавии SOL бештар майл дорад, гарчанде ки он дар маҷмӯъ нисбат ба нуқтаи зарба ҷараёнҳои камтар дорад. Ин натиҷаҳои ба назар муқобил бо кӯшишҳои давомдори моделсозии дивертор дар робита ба ин лоиҳа ва таҷрибаҳои оянда дар DIII-D тасдиқ карда мешаванд.

Ин лоиҳа як гурӯҳи коршиносон аз саросари Амрикои Шимолӣ, аз ҷумла ҳамкорон аз Лабораторияи Физикаи Плазма дар Принстон, Лабораторияи Миллии Лоуренс Ливермор, Лабораторияи Миллии Сандиа, ORNL, Атомҳои Генералӣ, Донишгоҳи Оберн, Донишгоҳи Калифорния дар Сан Диего, Донишгоҳи Торонто, Донишгоҳи Теннесси-Ноксвилл ва Донишгоҳи Висконсин-Мэдисон, зеро он як воситаи муҳим барои плазма-материалро фароҳам овард. тадқиқоти мутақобила. Дафтари илмии DOE (Fusion Energy Sciences) барои таҳқиқот дастгирӣ кардааст.

Гурӯҳ таҳқиқоти онлайнро дар аввали соли ҷорӣ дар маҷалла нашр кардFusion ядроӣ.

Тадқиқот метавонад ба таври фаврӣ ба як ширкати муштараки аврупоии Torus ё JET ва ITER, ки ҳоло дар Кадарач, Фаронса сохта шуда истодааст, фоида орад, ки ҳардуи онҳо зиреҳи волфрамро барои интиқолдиҳанда истифода мебаранд.

"Аммо мо ба чизҳое, ки берун аз ITER ва JET ҳастем - мо ба реакторҳои синтези оянда менигарем" гуфт Унтерберг. «Вольфрамро дар куҷо гузоштан беҳтар аст ва вольфрамро дар куҷо гузоштан мумкин нест? Ҳадафи ниҳоии мо ин аст, ки реакторҳои синтези мо, вақте ки онҳо меоянд, ба таври оқилона зиреҳпӯш кунем."

Унтерберг гуфт, ки гурӯҳи беназири изотопҳои устувори ORNL, ки қабати изотопи ғанишударо пеш аз гузоштани он дар шакли муфид барои таҷриба таҳия ва озмоиш кардааст, тадқиқотро имконпазир сохт. Вай гуфт, ки ин изотоп дар ҳеҷ куҷо дастрас набуд, ба ҷуз аз Маркази миллии рушди изотопҳо дар ORNL, ки захираи қариб ҳар як элементи аз ҷиҳати изотопӣ ҷудошударо нигоҳ медорад.

"ORNL дорои таҷрибаи беназир ва хоҳишҳои хоси ин навъи таҳқиқот аст" гуфт Унтерберг. "Мо мероси тӯлонии таҳияи изотопҳо ва истифодаи онҳо дар ҳама намудҳои тадқиқот дар барномаҳои гуногун дар саросари ҷаҳон дорем."

Илова бар ин, ORNL US ITER-ро идора мекунад.

Минбаъд, даста бубинад, ки чӣ гуна гузоштани волфрам ба дивертерҳои гуногуншакл метавонад ба олудашавии ядро ​​таъсир расонад. Геометрияҳои гуногуни диверторҳо метавонанд таъсири мутақобилаи плазма ва маводро ба плазмаи аслӣ кам кунанд, онҳо назария кардаанд. Донистани шакли беҳтарини дивертор — ҷузъи зарурии дастгоҳи плазмаи магнитӣ — олимонро ба реактори плазмаи қобили ҳаёт як қадам наздиктар мегардонад.

"Агар мо ҳамчун ҷомеа бигӯем, ки энергияи ҳастаӣ ба амал ояд ва мо мехоҳем, ки ба марҳилаи оянда гузарем" гуфт Унтерберг, - синтез як роҳи муқаддас хоҳад буд.