Учените са открили, че поръсването на вид прах в термоядрена плазма може да помогне за овладяването на свръхгорещия газ в съоръжение на токамак за производство на топлина за създаване на електричество, без да се произвеждат парникови газове или дългосрочни радиоактивни отпадъци.

по-безопасен

Основен проблем при експлоатацията на пръстеновидни термоядрени съоръжения, известни като токамаци, е поддържането на плазмата, която подхранва реакциите на синтез, без примеси, които могат да намалят ефективността на реакциите. Сега учени от Лабораторията по физика на плазмата в Принстън (DOE) на Министерството на енергетиката на САЩ (PPPL) са открили, че поръсването на вид прах в плазмата може да помогне за овладяването на свръхгорещия газ в съоръжение за токамак, за да произвежда топлина за създаване на електричество без производство на парникови газове или дългосрочни радиоактивни отпадъци.

Fusion, силата, която задвижва слънцето и звездите, съчетава леки елементи под формата на плазма - горещото, заредено състояние на материята, съставено от свободни електрони и атомни ядра - което генерира огромни количества енергия. Учените се стремят да повторят синтеза на Земята за практически неизчерпаем източник на енергия за производство на електричество.

„Основната цел на експеримента беше да видим дали можем да положим слой бор с помощта на инжектор на прах“, каза физикът от PPPL Робърт Лунсфорд, водещ автор на статията, докладваща резултатите в Nuclear Fusion. „Досега експериментът изглежда е бил успешен.“

¬Борът предотвратява изтичането на елемент, известен като волфрам, от стените на токамака в плазмата, където може да охлажда плазмените частици и да прави реакциите на синтез по-малко ефективни. Слой бор се нанася върху повърхности, обърнати към плазмата, в процес, известен като „боронизация“. Учените искат да поддържат плазмата възможно най-гореща - поне десет пъти по-гореща от повърхността на слънцето - за да максимизират реакциите на синтез и следователно топлината да създава електричество.

Използването на прах за осигуряване на боронизация също е далеч по-безопасно от използването на борен газ, наречен диборан, методът, използван днес. "Диборан газът е взривоопасен, така че всички трябва да напуснат сградата, в която се намира токамакът по време на процеса", каза Лунсфорд. "От друга страна, ако можете просто да пуснете малко бор на прах в плазмата, това би било много по-лесно да се управлява. Докато газът диборан е експлозивен и токсичен, борният прах е инертен", добави той. „Тази нова техника би била по-малко натрапчива и определено по-малко опасна.“

Друго предимство е, че докато физиците трябва да спрат операциите с токамак по време на процеса на борния газ, борният прах може да се добави към плазмата, докато машината работи. Тази функция е важна, тъй като за да осигурят постоянен източник на електроенергия, бъдещите съоръжения за термоядрен синтез ще трябва да работят за дълги, непрекъснати периоди от време. "Това е един от начините да стигнете до стационарна термоядрена машина", каза Лунсфорд. „Можете да добавите още бор, без да се налага да изключвате напълно машината.“

Има и други причини да се използва капкомер за прах за покриване на вътрешните повърхности на токамак. Например, изследователите откриха, че инжектирането на борен прах има същата полза като всмукване на азотен газ в плазмата - и двете техники увеличават топлината на плазмения ръб, което увеличава колко добре плазмата остава затворена в магнитните полета.

Техниката с капкомер с прах също така дава на учените лесен начин за създаване на плазмени синтези с ниска плътност, което е важно, тъй като ниската плътност позволява плазмените нестабилности да бъдат потискани от магнитни импулси, сравнително прост начин за подобряване на реакциите на сливане. Учените могат да използват прах за създаване на плазма с ниска плътност по всяко време, вместо да чакат газообразно боронизиране. Възможността за лесно създаване на широк спектър от плазмени условия по този начин би позволила на физиците да изследват по-подробно поведението на плазмата.

В бъдеще Лунсфорд и другите учени от групата се надяват да проведат експерименти, за да определят къде точно отива материалът, след като е инжектиран в плазмата. Понастоящем физиците предполагат, че прахът тече към горната и долната част на камерата на токамака, по същия начин, по който тече плазмата, "но би било полезно тази хипотеза да бъде подкрепена чрез моделиране, така че да знаем точните местоположения в токамака, които получават борните слоеве ", каза Лунсфорд.