Home Notizie recenti Soffiare polvere per raffreddare i plasmi di fusione

Soffiare polvere per raffreddare i plasmi di fusione

41
0
B=ΣZnonB+Z nel SOL calcolato con EMC3-EIRENE. Credito: Materiali nucleari ed energia (2021). DOI: 10.1016/j.nme.2021.100900″ width=”800″ height=”409″>
(a) Il singolo equilibrio magnetico nullo inferiore utilizzato durante gli esperimenti di condizionamento delle pareti in tempo reale. Il boro è stato iniettato con il contagocce di polvere d’impurità (IPD) attraverso il deviatore a fessura ad angolo piccolo (SAS) (freccia rossa). La sonda DiMES (nella foto) è stata utilizzata per caratterizzare gli strati B depositati nel deviatore inferiore. (b) Esempio di distribuzione 3D della densità totale di boro nBZnonB+Z nel SOL calcolato con EMC3-EIRENE. Credito: Materiali nucleari ed energia (2021). DOI: 10.1016/j.nme.2021.100900

I futuri reattori a fusione tokamak genereranno calore oltre quello che i materiali attuali possono sopportare. Gli scienziati hanno proposto vari metodi per raffreddare il bordo del combustibile di fusione confinato magneticamente, o plasma, per proteggere le pareti del tokamak circostante. Un approccio consiste nell’iniettare impurità sotto forma di gas per aiutare a dissipare il calore in eccesso. Tuttavia, esiste una gamma limitata di gas che possono essere iniettati e alcuni gas reagiscono male con il combustibile di fusione dell’idrogeno.

Un nuovo approccio utilizza le impurità sotto forma di polvere. Ciò consente ai ricercatori di introdurre una notevole quantità di materiale direttamente nel sistema di scarico, molto più che con qualsiasi tecnica di iniezione di gas. Ciò porta a uno scenario promettente che riduce i flussi di calore di picco che raggiungono la parete del tokamak.

La radiazione uniforme è importante per una particolare regione del tokamak chiamata deviatore. Questa regione esaurisce calore concentrato e particelle, quindi subisce flussi di calore potenzialmente dannosi. Gli operatori dell’impianto possono iniettare impurità per assorbire il calore da queste particelle e rilasciarlo invece come luce. Questo raffredda il bordo del plasma, creando un cuscino di gas protettivo che aiuta a diffondere il calore e le particelle in modo uniforme attraverso il deviatore.

Vedi anche:  Il presidente dell'IBM Arvind Krishna è stato eletto nel consiglio della Federal Reserve di New York

L’uso di polveri al posto dei gas amplia la gamma di possibili impurità che possono essere iniettate in un tokamak. Le polveri possono anche essere erogate con una purezza superiore rispetto ai gas, riducendo la diluizione del carburante e consentendo un migliore controllo del plasma di fusione. Tuttavia, l’erogazione della polvere è ancora relativamente lenta e i ricercatori dovranno migliorare questi metodi per reagire ai cambiamenti nelle condizioni del plasma.

Il lavoro futuro combinerà l’iniezione di polvere per il controllo dei gas di scarico con l’ottimizzazione delle prestazioni di fusione nel nucleo del plasma. Questi passaggi aiuteranno gli scienziati della fusione a dimostrare come funzionerebbero questi metodi in un reattore a fusione funzionante.

Sommario

I metodi tipici di iniezione di impurità del tokamak impiegano gas come l’azoto. Sebbene l’uso del gas semplifichi l’introduzione di impurità nel plasma, la gamma di gas appropriati è limitata e questi gas spesso reagiscono negativamente con il combustibile idrogeno. Un gruppo di ricerca che lavora presso la DIII-D National Fusion Facility, una struttura che utilizza il Dipartimento dell’Energia (DOE), ha sperimentato l’iniezione di boro, nitruro di boro e polveri di litio. Il litio, in particolare, è interessante per il suo potenziale utilizzo come candidato per le pareti di metallo liquido proposte nei futuri tokamak, che permetterebbero al calore di diffondersi e di essere condotto via in modo efficiente e sicuro.

Vedi anche:  Si o no? Al via a New York il voto sindacale di Amazon

Durante gli esperimenti, le misurazioni hanno mostrato una maggiore emissione di luce (radiazioni) e una riduzione associata del flusso di calore di picco che raggiunge le superfici delle pareti. Allo stesso tempo, l’iniezione di polvere ha migliorato le condizioni delle pareti e ridotto la diluizione del carburante attraverso le impurità. Sia il nitruro di litio che il nitruro di boro hanno causato un aumento sostanziale della pressione del gas al deviatore.

Le caratteristiche e la distribuzione della radiazione osservate durante l’iniezione di polvere sono state osservate anche nelle simulazioni al computer che modellano l’esperimento. Le simulazioni hanno mostrato che i materiali con dimensioni delle particelle più piccole tendono ad essere ablati immediatamente nel punto di iniezione e migrano in modo simile a un gas. Le particelle più grandi possono percorrere distanze maggiori prima di essere completamente ablate e ionizzate.

Le simulazioni mostrano che la scelta del materiale e della dimensione delle particelle consente di controllare la deposizione e la posizione del luogo di raffreddamento. Comprendere questo effetto negli esperimenti e attraverso simulazioni al computer rende possibile includerlo nei progetti di reattori. L’integrazione dell’iniezione di polvere nei futuri progetti di reattori potrebbe consentire loro di mantenere elevati livelli di prestazioni di fusione aumentando al contempo la durata delle superfici del deviatore.

I dettagli di questi esperimenti sono stati pubblicati in Materiali nucleari ed energia.


Articolo precedenteLo studio rileva che la dieta nordica abbassa il colesterolo e la glicemia, anche se non dimagrisci
Articolo successivoIl suono può stimolare la retina cieca a trasmettere segnali al cervello tramite una protesi retinica ad ultrasuoni