Стремясь усовершенствовать термоядерный реактор токамак, известный как ИТЭР, исследователи нашли способ не допустить отрыва неконтролируемых атомов вольфрама от стенок и нарушения плазмы. Это открытие является еще одной важной вехой на пути к успеху термоядерного синтеза.
Поскольку наука о ядерном синтезе продолжает развиваться, решение некоторых более мелких проблем, возникающих в ходе исследований, может оказать большое влияние. Одна из проблем, с которой сталкиваются ученые в отношении термоядерных реакторов, связана с вольфрамом. Этот элемент все чаще исследуется как способ облицовки внутренней части плазменных термоядерных реакторов, известных как токамаки и стеллараторы, из-за его способности выдерживать обжигающие температуры, создаваемые внутри них.
Но когда сверхгорячая плазма, которая находится внутри этих реакторов, сталкивается со стенками, облицованными вольфрамом, некоторые атомы металла отрываются и присоединяются к плазме. Это имеет нежелательный эффект охлаждения плазмы и делает реакцию синтеза менее вероятной.
Теперь, после проведения испытаний на трех токамаках с вольфрамовой подкладкой и использования компьютерного моделирования, исследователи из Принстонской лаборатории физики плазмы Министерства энергетики США нашли новое решение. Они обнаружили, что введение порошка бора в реактор защищает вольфрамовые стенки от разрушительного воздействия плазмы и позволяет ей удерживать все свои атомы.
«Бор распыляется в плазму токамака в виде порошка, как из солонки, который ионизируется на краю плазмы, а затем осаждается на внутренних стенках токамака и в области выхлопа», — сказал Джозеф Снайпс, заместитель руководителя экспериментальной науки токамака в Принстоне. «После покрытия тонким слоем бора он не даст вольфраму попасть в плазму и излучить плазменную энергию».
Снайпс и его команда обнаружили, что бор можно распылять только из одного места, чтобы успешно покрыть все стенки. Сейчас они работают над разработкой системы впрыска бора, которая потенциально может быть использована в токамаке масштаба реактора ИТЭР.
ИТЭР, что означает Международный экспериментальный термоядерный реактор, расположен на юге Франции и станет крупнейшей в мире термоядерной установкой, когда он будет запущен в эксплуатацию. Первоначально планировалось, что система начнет работать в 2025 году, но этот срок был продлен примерно на 10 лет.
На этой неделе исследователи представят свои выводы на 66-м ежегодном собрании Отделения физики плазмы Американского физического общества в Атланте, штат Джорджия.
