מערכת חדשה מחדשת את שכבת ההגנה של פנים הטוקאמק מבלי לכבות אותה

חוקרים במעבדת הפיזיקה לפזמה של פרינסטון (PPPL) הראו שמערכת שהם פיתחו כדי לספק אבקת בורון לכור היתוך קירות הכור להגן ולמנוע באופן רציף פירוק פלזמה. הזיהום ההדרגתי שלו על ידי טונגסטן מזיק לתגובה הכוללת ומהווה מכשול לבניית תגובה מעשית כור היתוך לְיַצֵג.

למות היתוך גרעיני היא דרך לייצר אנרגיה זולה, נקייה ובטוחה. עם זאת, בשל קשיים טכניים רבים, האנושות עדיין לא הצליחה לבנות כור היתוך שמפיק יותר אנרגיה ממה שמוזנת לתוכו ולקיים את תהליך התגובה במשך תקופה ארוכה.

בכורי היתוך - הסוג הנפוץ ביותר הוא ה טוקמאק - גדל וולפרם בשימוש. הסיבה לכך היא שאלמנט זה עמיד מאוד לטמפרטורות גבוהות. זֶה פלזמה עם זאת, עלול לגרום נזק לדפנות הטונגסטן של הכור, וכתוצאה מכך טונגסטן להיכנס ולזהם את הפלזמה. בורון מגן על הטונגסטן מפני השפעות שליליות ומונע ממנו להיכנס לפלזמה. בנוסף, הוא סופג אלמנטים לא רצויים כגון חַמצָן, שיכול להיכנס לפלזמה ממקורות אחרים. אלמנטים אלה יכולים לקרר את פלזמות ולהוביל להפסקת התגובה.

מקור תמונה: ויקיפדיה; אלה

היינו צריכים דרך להשתמש בכור חיים למעיל בלי זה השדה המגנטי של הטוקאמק הניסויים נערכו ב-W Environment ב-Steady-State Tokamak (WEST) המופעלת ע"י הוועדה הצרפתית לאנרגיות חלופיות ואנרגיה אטומית (CEA). WEST - שהאות הראשונה של השם שלו מהסמל הכימי עבור וולפרם נגזר - הוא אחד הבודדים טוקאמקס, שקירותיו עשויים כולו מטונגסטן. כמו כן, מכשיר זה מאופיין באורך שיא זמני תגובה הַחוּצָה. הוא גם נבחר כאתר ניסויים מכיוון שהמגנטים המוליכים שלו עשויים מחומר שישמש לבניית מגנטים לכורי היתוך עתידיים.

היתוך גרעיני (תגובת היתוך) הוא תהליך, שפג תוקפו על השמש. זה כרוך במיזוג של אלמנטים קלים יותר עם כבדים יותר, תוך שימוש בכמויות גדולות של אנרגיה להיווצר. נדרשות טמפרטורות גבוהות מאוד לביצוע ההיתוך. ודווקא הטמפרטורות הגבוהות הללו מהוות בעיה גדולה. הן מגיעות למיליוני מעלות ומהוות סכנה לחומרי הכור. מסיבה זו, הטונגסטן העקשן מצופה בורון להגנה. עם זאת, התנאים בתוך הכור קיצוניים ושכבת ההגנה נשחקת. יש להחיל אותו מחדש. לכן, היה צורך לפתח שיטה לשיקום הציפוי מבלי צורך לכבות את הכור לעתים קרובות. בורון באחד עובד טוקאמק לתרום זה כמו לנקות את הדירה שלך מבלי להפריע לשגרת היומיום שלך. זה מאוד מועיל כי זה אומר שאתה לא צריך להשקיע זמן נוסף בניקיון, מסביר אלברטו גאלו של CEA באופן חי.

המכשיר שפיתחו האמריקאים מותקן על גבי הטוקמק. זה משתמש מפעילים מדויקיםלהעביר אבקה מההופרים לתא הוואקום של הטוקמק. המנגנון בו נעשה שימוש מאפשר להתאים במדויק את כמות ומהירות מריחת האבקה. המכשיר הוא רב תכליתי ויכול לעבוד לא רק עם בורון, אלא גם עם חומרים אחרים. לכן זה יהיה שימושי גם בכורי היתוך של עיצובים אחרים. זה יכול להיות מאוד שימושי בעתיד, אומר בודנר.

תוצאות הניסויים הפתיעו את מפתחי המכשיר עצמם. התברר שהבורון שהוזרק לא הגן רק על הטונגסטן. מצאנו שזריקת האבקה פנימה כך שהיא בטמפרטורה גבוהה יותר הגבירה את הכליאה של הפלזמה, מה שהעדיף את התגובה, מוסיף בודנר. תופעה זו הייתה מועילה במיוחד מכיוון שהיא התרחשה ללא התרחשות שלילי מצב H התרחש. זהו מצב שבו כליאת הפלזמה גדלה באופן משמעותי, וגורמת לאי יציבות פלזמה קצה (ELMs - Edge Localized Modes) מאיים. ELMs, בתורו, מובילים לפיזור חום מחוץ לפלזמה, מה שמפחית את היעילות של התגובה הכוללת ומסכן פגיעה ברכיבי הכור. "אלה חדשות נהדרות שאנחנו מסוגלים להשיג כליאת פלזמה טובה כמו מצב H, אבל בלי להיכנס למצב H ולהסתכן ביצירת ELMs", מתלהב בודנר.

לעתיד הקרוב, המדענים מתכננים ניסויים שבהם הם רוצים לבדוק כמה מהבורון המוסף גורם למעשה שכבת מגן נוצר על קירות הכור. ידע זה יאפשר להם להבין כיצד מערכת אספקת אבקה לייעל.