Sløjfer af flydende metal kan forbedre fremtidige fusionskraftværker, siger forskere

Forskere ledet af US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har foreslået et innovativt design for at forbedre fremtidige fusionskraftværks evne til at generere sikre, ren og rigelig energi i en stabil tilstand, eller konstant, måde. Designet bruger sløjfer af flydende lithium til at rengøre og genbruge tritium, den radioaktive hydrogenisotop, der brænder fusionsreaktioner, og for at beskytte afledningspladerne mod intens udsugningsvarme fra tokamak, der indeholder reaktionerne.

"Der er mange udfordringer ved at udvikle fusionsenergi, og håndtering af varme på afledningsplader er blandt dem, "sagde PPPL -fysikeren Masa Ono, hovedforfatter til et papir om designet offentliggjort i tidsskriftet Kernefusion . "Vi ville se, hvordan vi kan beskytte aflederpladerne og holde fusionskammeret rent."

Fusion, fusion af lyselementer for at frigive energi, er den proces, der driver solen og stjernerne. Her på Jorden, Fusionskraftværker vil kombinere tritium med sin søsterisotop deuterium for at skabe energien til at generere elektricitet. At producere denne kraft i en fusionsenhed kaldes undertiden "at putte en stjerne i en krukke".

Systemet, som Ono og kolleger designet, kræver, at pumpe flydende lithium ind og ud af en tokamak, en type magnetisk fusionsenhed, at opretholde steady state -drift, mens støv og andre urenheder fjernes fra plasmaet og beskyttes afledningen. Lithium, et sølvfarvet metal, der let kombineres med andre elementer, ville tjene en række funktioner:

• Dækker afledningsplader. Injektion af flydende lithium i tokamak -aflederkammeret ville belægge pladerne med det flydende stof, beskytte dem mod varme og partikler, der stiger op fra plasmaets kerne. Den flydende lithiumcoating ville også fungere som en svamp, fange partiklerne, før de ramte pladen og forhindre dem i at vende tilbage til plasmaet for at afkøle det og reducere fusionsydelsen.

  "Selv et tyndt lag flydende lithium kan beskytte pladerne, "sagde Ono." Det har også et løfte om at forbedre plasmaydelsen som observeret i National Sfærisk Torus -eksperiment og Lithium Torus -eksperiment ved PPPL og i andre fusionsforsøg, og reducerer varmestrømmen. Og da flydende lithium fordamper, vi skal hele tiden levere mere for at holde tallerkenerne fugtige. "

• Genbrug af tritium, et vigtigt brændstof, der vil smelte sammen med deuterium for at producere fusionsreaktioner i fremtidige kraftværker. Kun cirka en procent af det tritium, der injiceres i plasmaet, forventes at blive forbrugt i denne proces. Det resterende uforbrugte tritium skal fjernes og genbruges for at opretholde brændstof.

  For at udføre denne opgave, det flydende lithium ville kombinere med tritium i tokamak og føre det med støv og andre urenheder til et filter uden for tokamak, hvor støvet ville blive fjernet. Det næste stop ville være en koldfælde, der opererede ved 200 grader Celsius, der ville tillade tritium at krystallisere ud. Efter at have tømt lithium fra fælden, systemet ville genopvarme og regenerere tritium og bringe det til en separator, der ville kassere urenhederne og pumpe tritium tilbage i tokamak. Alternativt kan løkken kunne føres ind i en centrifuge, der adskilte tritium fra lithium og returnerede isotopen til tokamak.

Fjernelse af støv. Hvis den ikke er markeret, mange tons støv kunne akkumuleres på et år fra interaktioner mellem plasmaet og fusionskammerets vægge. Den samme sløjfe, der genbruger tritium, ville levere støvet til et filter som beskrevet ovenfor. "Når støvfilteret er fyldt, det skal udskiftes, "Ono sagde." Da filteret ville være relativt tæt på fusionskammeret, det skal udskiftes eksternt. "Fjernelse af uønskede elementer. Kontakt mellem plasma og tokamak -vægge ville også give anledning til urenheder som nitrogen og ilt, der kunne køle plasmaet. Det flydende flydende lithium ville føre disse urenheder til tritiumseparatoren, som nævnt ovenfor, som ville fjerne dem. "Da disse urenheder forventes at være relativt lave, "Ono sagde, "de kunne håndteres efter adskillelse gennem specialiserede mindre rengøringssløjfer fastgjort til den vigtigste."

Sådanne ideer behandler PPPL og grupper rundt om i verden, der tester flydende flydende lithiumkoncepter. ”Vi ser frem til fremtiden med løsninger, "sagde Ono." Disse spørgsmål skal behandles, hvis vi skal realisere praktiske og attraktive fusionskraftværker. "