Исследователи из Принстонского университета нашли способ сделать ядерный термоядерный реактор на токамаке более безопасным, используя изолирующий порошок бора. Новое исследование опубликовано в журнале МАГАТЭ «Nuclear Fusion» и получено из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL), финансируемой Министерством энергетики США.
Токамак, подобный огромному, который достигнет 200 млн°С в Китае в 2020 г., представляет собой термоядерный плазменный реактор, в котором чрезвычайно горячая заряженная плазма вращается и генерирует практически неограниченную энергию. В Принстоне исследуется, как порошок бора может предотвратить один из фундаментальных недостатков в существующей технологии плазменных реакторов.
Плазма является летучей, и частицы, которые выходят из горячего потока плазмы, вступают в реакцию с материалами, которые окружают токамак. Это останавливает реакцию термоядерного синтеза, так как температура снижается в эффективной зоне, но что более важно, это также чрезвычайно опасно для самого реактора и всего вокруг него.
Команда лаборатории PPPL обнаружила, что, хотя борирование (буквально покрытие бором) помогает поддерживать плазму в правильном состоянии реакции, существующий метод слишком опасен. Ученые используют диборановый газ, который состоит из бора и взрывоопасного горючего водорода. Чтобы использовать его, ученые должны полностью остановить свои токамаки, ввести газ, а затем снова уйти из-за воспламеняемости. В лаборатории PPPL они думали, что должен быть лучший способ.
Чтобы сделать процесс столь же эффективным, но гораздо более безопасным, команда лаборатории PPPL проверила использование, как чистого бора, так и порошков нитрида бора. Порошки инертны, то есть они не реагируют ни с чем и не загораются. Исследователи применили порошки, вводя их в токамак во время его работы, что является еще одним улучшением метода по сравнению с диборановым газом. Оказавшись внутри, порошок работал так же, как и газ. Он поддерживал температуру в зоне с высокими эксплуатационными характеристиками, что обеспечивает более стабильную плазму и предотвращает соскабливание стенок камеры токамака.
Использование порошка может также помочь ученым в разработке более простых и безопасных форм плазменных реакций, называемых плазмой низкой плотности. Этими плазмами можно управлять более безопасно, и они могут стать более практичной формой для реактора для использования в энергетическом секторе. Когда плазменная реакция считается довольно опасной и экспериментальной, наличие каких-либо вариантов – это способ привлечь больше исследователей и открыть поле для новых идей.
Поскольку ученые могут просто добавлять больше порошка по мере необходимости, команда лаборатории PPPL полагает, что исследование имеет большие последствия и для использования классических термоядерных реакторов, где непрерывное время безотказной работы жизненно важно для любой версии, которая может использоваться в долгосрочной перспективе. Это один из способов добраться до стационарного термоядерного аппарата.
Принстонская лаборатория физики плазмы — это национальная лаборатория, финансируемая правительством, в той же категории, что и в Аргонне, Ферми и Лос-Аламосе. Министерство энергетики США финансирует и поддерживает эти лаборатории для профессиональной науки и как основное место, где происходят инновации. Если бы практический термоядерный реактор появился в одной из этих лабораторий, это было бы действительно доказательством концепции.
Источник: Popular Mechanics, 26.12.2019.