Pulver, ikke gas:En sikrere, mere effektiv måde at skabe en stjerne på Jorden

Et stort problem med drift af ringformede fusionsfaciliteter kendt som tokamaks er at holde plasmaet, der brænder fusionsreaktioner fri for urenheder, der kan reducere reaktionernes effektivitet. Nu, forskere ved US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har fundet ud af, at sprinkling af en type pulver i plasmaet kan hjælpe med at udnytte den ultra-varme gas i et tokamak-anlæg til at producere varme til at skabe elektricitet uden at producere drivhus gasser eller langtids radioaktivt affald.

Fusion, den kraft, der driver solen og stjernerne, kombinerer lette elementer i form af plasma - det varme, ladet tilstand af stof sammensat af frie elektroner og atomkerner - der genererer enorme mængder energi. Forskere søger at kopiere fusion på Jorden for en praktisk talt uudtømmelig strømforsyning til elektricitet.

"Hovedmålet med forsøget var at se, om vi kunne lægge et lag bor ved hjælp af en pulverinjektor, "sagde PPPL -fysikeren Robert Lunsford, hovedforfatter til papiret, der rapporterer resultaterne i Kernefusion . "Indtil nu, eksperimentet ser ud til at have været vellykket. "

¬Boren forhindrer et element kendt som wolfram i at lække ud af tokamak -væggene ind i plasmaet, hvor det kan afkøle plasmapartiklerne og gøre fusionsreaktioner mindre effektive. Et lag bor påføres på plasmaoverflader i en proces kendt som "borisering". Forskere ønsker at holde plasmaet så varmt som muligt - mindst ti gange varmere end solens overflade - for at maksimere fusionsreaktionerne og derfor varmen til at skabe elektricitet.

Brug af pulver til boronisering er også langt sikrere end at bruge en borgas kaldet diboran, den metode, der bruges i dag. "Diborangas er eksplosiv, så alle skal forlade bygningen, der huser tokamak under processen, "Sagde Lunsford." På den anden side, hvis du bare kunne tabe noget borpulver i plasmaet, det ville være meget lettere at styre. Mens diborangas er eksplosiv og giftig, borpulver er inert, "tilføjede han." Denne nye teknik ville være mindre påtrængende og bestemt mindre farlig. "

En anden fordel er, at mens fysikere skal standse tokamak -operationer under boregasprocessen, borpulver kan tilsættes plasmaet, mens maskinen kører. Denne funktion er vigtig, fordi for at levere en konstant elektricitetskilde, fremtidige fusionsanlæg skal køre længe, uafbrudte perioder. "Dette er en måde at komme til en steady-state fusionsmaskine på, "Lunsford sagde." Du kan tilføje mere bor uden at skulle lukke maskinen helt ned. "

Der er andre grunde til at bruge en pulverdråber til at belægge de indre overflader af en tokamak. For eksempel, forskerne opdagede, at indsprøjtning af borpulver har samme fordel som at puste nitrogengas i plasmaet - begge teknikker øger varmen ved plasmakanten, hvilket øger, hvor godt plasmaet forbliver begrænset inden for magnetfelterne.

Pulverdråberteknikken giver også forskere en nem måde at oprette fusionsplasmaer med lav densitet, vigtigt, fordi lav densitet tillader plasma ustabilitet at blive undertrykt af magnetiske pulser, en forholdsvis enkel måde at forbedre fusionsreaktioner. Forskere kunne bruge pulver til at skabe lavdensitetsplasmer når som helst, i stedet for at vente på en gasformig boronisering. At kunne skabe en bred vifte af plasmabetingelser let på denne måde ville gøre det muligt for fysikere at undersøge plasmas adfærd mere grundigt.

I fremtiden, Lunsford og de andre forskere i gruppen håber at udføre eksperimenter for at afgøre, hvor, Nemlig, materialet går, efter at det er blevet injiceret i plasmaet. Fysikere antager i øjeblikket, at pulveret strømmer til toppen og bunden af ​​tokamak -kammeret, på samme måde som plasmaet flyder, "men det ville være nyttigt at få denne hypotese bakket op af modellering, så vi kender de nøjagtige placeringer inden for tokamak, der får borlagene, "Sagde Lunsford.