Por, nem gáz: biztonságosabb, hatékonyabb módszer a csillag létrehozására a Földön

A tudósok azt találták, hogy egyfajta por fúziós plazmába szórása segíthet az ultrameleg gáz felhasználásában egy tokamaki létesítményben, hogy hőtermelés céljából villamos energiát termeljen üvegházhatású gázok vagy hosszú távú radioaktív hulladékok termelése nélkül.

biztonságosabb

A tokamak néven ismert gyűrű alakú fúziós létesítmények üzemeltetésének egyik fő problémája az, hogy a fúziós reakciókat tápláló plazma olyan szennyeződésektől mentes maradjon, amelyek csökkenthetik a reakciók hatékonyságát. Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának (DOE) Princeton Plazmafizikai Laboratóriumának (PPPL) tudósai azt találták, hogy egyfajta por szórása a plazmába segíthet abban, hogy a tokamak létesítményben az ultrameleg gázt hasznosítsák, hogy hőt termeljenek villamos energia létrehozására üvegházhatású gázok vagy hosszú távú radioaktív hulladék előállítása.

A fúzió, a napot és a csillagokat vezérlő erő egyesíti a könnyű elemeket plazma formájában - a szabad elektronokból és atommagokból álló anyag forró, töltött állapotában -, amely hatalmas mennyiségű energiát generál. A tudósok arra törekszenek, hogy a fúziót megismételjék a Földön, hogy gyakorlatilag kimeríthetetlen áramellátást biztosítsanak az áramtermeléshez.

"A kísérlet fő célja az volt, hogy lássunk egy bór réteget egy porinjektor segítségével" - mondta Robert Lunsford, a PPPL fizikusa, a Nuclear Fusion eredményeiről beszámoló cikk vezető szerzője. "Eddig úgy tűnik, hogy a kísérlet sikeres volt."

A bór megakadályozza, hogy a volfrám néven ismert elem kimosódjon a tokamak falai közül a plazmába, ahol lehűtheti a plazma részecskéket és kevésbé hatékonyabbá teheti a fúziós reakciókat. A bórréteget a "boronizációnak" nevezett eljárásban viszik fel a plazma felé néző felületekre. A tudósok a lehető legmelegebbnek akarják tartani a plazmát - legalább tízszer melegebbek, mint a nap felszíne -, hogy maximalizálják a fúziós reakciókat és ezáltal a hőt, hogy áramot teremtsenek.

A por használata a boronizáláshoz szintén sokkal biztonságosabb, mint a diborán nevű bórgáz használata, a ma alkalmazott módszer. "A diborángáz robbanásveszélyes, ezért a folyamat során mindenkinek el kell hagynia a tokamakot tartalmazó épületet" - mondta Lunsford. "Másrészt, ha csak le tudna ejteni egy kis bórport a plazmába, az sokkal könnyebben kezelhető lenne. Bár a diborángáz robbanásveszélyes és mérgező, a bórpor inert" - tette hozzá. "Ez az új technika kevésbé tolakodó és határozottan kevésbé veszélyes."

További előny, hogy míg a fizikusoknak le kell állítaniuk a tokamak műveleteket a bórgáz-folyamat során, addig a gép működése közben bórpor hozzáadható a plazmához. Ez a funkció azért fontos, mert az állandó áramforrás biztosítása érdekében a jövőbeni fúziós létesítményeknek hosszú, megszakítás nélküli ideig kell működniük. "Ez az egyik módja annak, hogy eljussunk egy stabil állapotú fúziós géphez" - mondta Lunsford. "Hozzáadhat még bórt anélkül, hogy teljesen le kellene állítania a gépet."

Más okok vannak arra, hogy egy porcseppentőt használjon egy tokamak belső felületeinek bevonására. Például a kutatók felfedezték, hogy a bórpor injektálásának ugyanolyan előnye van, mint a nitrogéngáz puffadásának a plazmában - mindkét technika növeli a plazma szélén lévő hőt, ami növeli, hogy a plazma mennyire marad bezárva a mágneses mezőkben.

A porcseppentő technika a tudósoknak is egyszerű módszert kínál alacsony sűrűségű fúziós plazmák létrehozására, ami azért fontos, mert az alacsony sűrűség lehetővé teszi a plazma instabilitásának mágneses impulzusokkal történő elnyomását, ami viszonylag egyszerű módszer a fúziós reakciók javítására. A tudósok a por felhasználásával bármikor alacsony sűrűségű plazmák létrehozásához használhatták a gázos boronizáció helyett. A plazmafeltételek széles skálájának ilyen módon történő könnyű létrehozása lehetővé tenné a fizikusok számára, hogy alaposabban feltárják a plazma viselkedését.

A jövőben Lunsford és a csoport többi tudósa remélik, hogy kísérleteket végeznek annak megállapítására, hogy az anyag pontosan hova kerül, miután beinjektálták a plazmába. A fizikusok jelenleg azt feltételezik, hogy a por a tokamak kamra tetejére és aljára áramlik, ugyanúgy, ahogy a plazma áramlik ", de hasznos lenne, ha ezt a hipotézist modellezéssel alátámasztanánk, hogy tudjuk a tokamakon belüli pontos helyeket a bórrétegek - mondta Lunsford.