Tritium introduceret i fusionsforsøg på Sandia

Forskere ved Sandia National Laboratories Z Machine har åbnet et nyt kapitel i deres 20-årige rejse mod højere fusionsoutput ved at introducere tritium, den mest neutronbelastede isotop af brint, til deres måls brændstof.

Når Z affyrer, dets enorme elektromagnetiske felt knuser forvarmet brændstof, tvinger den til at smelte. Tritiumberiget brændstof bør frigive mange flere neutroner end tidligere maksimumsgrænser ved Z, allerede blandt de højeste i verden.

"Denne ting om at skabe energi, hvor ingen eksisterede før - vi har endnu ikke et bål, men vi sprøjter starter på grillen, "sagde Mike Cuneo, senior manager for Sandias Pulsed Power Accelerator Science and Technology -gruppe.

Output fra Z er blevet brugt i årtier til at give information til computersimuleringer, der tester beredskabet af Amerikas atomlager uden at eksplodere et egentligt våben. Det bruges også af astrofysikere, der bruger maskinens kortvarigt forbløffende tryk og temperaturer til at forstå forholdene i stjerner og planternes kerner. Og nogle håber, at pres, der hovedsageligt skabes af elektricitet og magnetisme en dag, kan nå atomfusionsbetingelser, der er egnede til energiproduktion; denne betingelse kaldes "højt udbytte".

Indførelsen af ​​tritium er af stor teknisk interesse, fordi en 50/50 blanding af tritium og deuterium - de to isotoper af brint - udsender 80 gange flere neutroner, og 500 gange mere energi, end deuterium alene. Energi fra deuterium - på en måde at tale, et relativt lavt oktanbrændstof-har været den øvre grænse for ydelse ved Z.

Men det er stadig tidlige dage. Et tørløb i juli, test af indeslutningshardware og instrumentering, forud for Z's første tritium -eksperiment tre uger senere, da en brøkdel af en procent forsigtigt blev indført i forsøgets brændstof.

"Vi kommer til at kravle, før vi går og løber, "sagde Cuneo." Vi vil gradvist øge denne brøkdel i indeholdte eksperimenter, efterhånden som vi går. "

Kun to andre Department of Energy-understøttede, forskningssteder med høj energi-densitet, ved Lawrence Livermore National Laboratory og Laboratory for Laser Energetics ved University of Rochester, var blevet godkendt til at bruge tritium, en potentiel miljøfare.

Sandia -eksperimenterne bruger elektromagnetik til at smadre Zs mere massive mål og hele dets målstøtteområde, som om de blev ramt af en slegge. I modsætning til laserfaciliteterne, Z -kammeret skal indtastes af personale efter hvert forsøg for at renovere anlægget til det næste forsøg. Under disse betingelser, at indføre tritium i målet kræver ekstrem omhu og omtanke i designet, transport og indeslutning af tritium for at opfylde strenge sikkerhedsstandarder.

"Tritium er som sand på stranden, det kommer ind i alt, "sagde Cuneo." Så for nu, vi kan ikke lade det gå nogen steder. "Isotopen er et lille molekyle med stor mobilitet, og den første store forhindring, han siger, er at sikre, at det radioaktive materiale med dets 12-årige halveringstid ikke migrerer til de millioner gallon vand og olie, der isolerer Zs pulserende strømkomponenter. "Laserfaciliteter har ikke disse puljer, "påpegede han.

Tritium kunne også binde sig til metalvæggene i Z's centrale område, udgør en potentiel radioaktiv fare, hvor teknikere dagligt kommer ind for at skrubbe efter hvert skud.

Imidlertid, ved hjælp af det samme unikke design, der har indeholdt plutonium på mere end et dusin tidligere Z -skud, intet tritium blev frigivet.

Næsten 100 Sandia -medarbejdere bidrog direkte til indsatsen, finansieret gennem Sandia's Laboratory Directed Research and Development -program. Der deltog også forskere fra General Atomics, Los Alamos nationale laboratorium, University of New Mexico og Utah State University.

Fremtidigt arbejde vil blive finansieret af National Nuclear Security Administration (NNSA).

"Der var en høj grad af integration på anlægsinddæmning og strålingsbeskyttelse, at gøre det rigtigt, "sagde Brent Jones, facilitet integration leder. "Gasoverførselsgruppen Sandia-Californien, med årtiers erfaring med håndtering af tritium, udviklet en boligform, levere og indeholde materialet. De byggede en enhed, der kunne indlæse en lille, men defineret mængde tritium; neutrongeneratorfolket fyldte målet med tritium; og folk i plutoniumindeslutning bidrog med deres ekspertise i skud. "

Teamet skal nu vurdere, om tritium kan bruges sikkert i uafsluttede eksperimenter, deres endelige mål. Begrænsede tests kan evaluere tritiums kompatibilitet med Z's materialer og tryk, men måler ikke nøjagtigt fusionsoutput.

"Brugen af ​​indeholdt tritium på Z er det første trin på denne rejse, "sagde Cuneo." Der er meget mere arbejde at gøre.

"I lighed med hvad der udføres på laserfusionerne [fusion], en idé [til et ubeholdt forsøg] er at rense tritium umiddelbart efter et skud, så det ikke klæber til Z -kammerets vægge. Vi skal effektivt kunne rense midtersektionen tilbage til et sikkert niveau, før teknikere kommer ind for at renovere det. "

Uindholdte eksperimenter vil begynde med meget små niveauer af tritium og gradvist stige op i en flereårig proces. "Vi håber at finde ud af, at vi sikkert kan håndtere 1-3 procent tritium i ubeholdte eksperimenter, nok til at fremme Fusionsapplikationer med inertial begrænsning, andre våbenvidenskabelige applikationer og test af neutroneffekter, "Sagde Cuneo.

Det vil vare mindst tre år, før eksperimenter nærmer sig 50/50 blandingen af ​​tritium og deuterium, afhængig af finansiering og Sandia og NNSA prioriteter for Z.