«Есть много проблем при разработке термоядерной энергии, и обработка тепла на пластинах дивертора входит в их число», — сказал физик PPPL Маса Оно, ведущий автор статьи о конструкции, опубликованной в журнале Nuclear Fusion. «Мы хотели увидеть, как мы можем защитить пластины дивертора и сохранить камеру плавления в чистоте».Слияние, слияние элементов света для высвобождения энергии, — это процесс, приводящий в действие солнце и звезды. Здесь, на Земле, термоядерные электростанции будут объединять тритий с родственным ему изотопом дейтерием для создания энергии для выработки электричества.
Получение этой силы в термоядерном устройстве иногда называют «помещением звезды в сосуд».Система, которую разработали Оно и его коллеги, предусматривает закачку жидкого лития в токамак, тип магнитного термоядерного устройства, и из него, чтобы поддерживать стабильную работу, очищая плазму от пыли и других примесей и защищая дивертор.
Литий, серебристый металл, который легко соединяется с другими элементами, будет выполнять ряд функций:Покрытие диверторных пластин. Введение жидкого лития в камеру дивертора токамака покрыло бы пластины жидким веществом, защищая их от тепла и частиц, поднимающихся из ядра плазмы.
Жидкое литиевое покрытие также будет действовать как губка, улавливая частицы до того, как они ударяются о пластину, и не дает им отскочить обратно в плазму, чтобы охладить ее и снизить характеристики плавления. «Даже тонкий слой жидкого лития может защитить пластины», — сказал Оно. «Он также обещает улучшить характеристики плазмы, как это было замечено в Национальном эксперименте с сферическим тором и эксперименте с литиевым тором на PPPL и в других экспериментах по термоядерному синтезу, а также снижает тепловой поток. А поскольку жидкий литий испаряется, мы должны постоянно предоставлять больше, чтобы поддерживать тарелки влажные ".Переработка трития, ключевого топлива, которое будет сливаться с дейтерием, чтобы вызвать реакции синтеза на будущих электростанциях. Ожидается, что в этом процессе будет израсходовано только приблизительно один процент трития, который вводится в плазму.
Оставшийся неизрасходованный тритий должен быть удален и переработан обратно для обеспечения заправки топливом. Для выполнения этой задачи жидкий литий будет соединяться с тритием в токамаке и переносить его с пылью и другими примесями к фильтру за пределами токамака, где пыль удаляется.
Следующей остановкой будет холодная ловушка, работающая при температуре 200 градусов Цельсия, которая позволит тритию кристаллизоваться. После слива лития из ловушки система повторно нагревает и регенерирует тритий и направляет его в сепаратор, который удаляет примеси и закачивает тритий обратно в токамак.
В качестве альтернативы, петля может подаваться в центрифугу, которая отделяет тритий от лития и возвращает изотоп в токамак.Удаление пыли. Если это не остановить, многие тонны пыли могут накапливаться за год в результате взаимодействия между плазмой и стенками термоядерной камеры.
Тот же цикл, который рециркулирует тритий, будет доставлять пыль в фильтр, как описано выше. «После заполнения пылевого фильтра его необходимо заменить», — сказал Оно. «Поскольку фильтр будет находиться относительно близко к камере термоядерного синтеза, его необходимо заменять удаленно».Устранение нежелательных элементов. Контакт между плазмой и стенками токамака также приведет к появлению примесей, таких как азот и кислород, которые могут охладить плазму.
Текущий жидкий литий переносит эти примеси в сепаратор трития, как отмечалось выше, который их удаляет. «Поскольку ожидается, что эти примеси будут относительно низкого уровня, — сказал Оно, — с ними можно будет работать после отделения с помощью специализированных более мелких контуров очистки, прикрепленных к основному».Этим идеям занимаются PPPL и группы по всему миру, тестирующие концепции проточного жидкого лития. «Мы смотрим в будущее, чтобы найти решения», — сказал Оно. «Эти вопросы необходимо решить, если мы хотим реализовать практичные и привлекательные термоядерные электростанции».Вместе с Оно над этой работой работали физики из PPPL, Окриджской национальной лаборатории, Иллинойского университета в Урбана-Шампейн и Национального института термоядерных исследований в Японии.
Исследования в США поддерживаются Управлением науки Министерства энергетики США.