Создана жидкая литиевая подкладка для разработки более компактных и доступных термоядерных реакторов

Исследование показало, что материал не только обеспечивает стенку, которая может выдержать контакт с плазмой с температурой 2 млн ℃, но и фактически улучшает характеристики плазмы.

В рамках продвижения к более чистому и устойчивому энергетическому будущему недавние исследования показали, что использование термоядерного синтеза в качестве жизнеспособного источника энергии может быть облегчено путем нанесения жидкого лития на внутренние стенки аппарата, содержащего термоядерную плазму.

Ученые Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) Министерства энергетики находятся в авангарде этого подхода, используя уникальные свойства плазмы, четвертого состояния материи, для раскрытия потенциала термоядерного синтеза как мощного источника энергии. Используя сложные устройства, известные как токамаки, команда использует магнитные поля для удержания и управления горячими электрически заряженными частицами, прокладывая путь к трансформационному переходу от традиционного ископаемого топлива.

«Если бы энергия удерживалась гораздо лучше, можно было бы сделать машины меньше и дешевле. Это сделало бы все это гораздо более практичным и экономически эффективным, чтобы правительства и промышленность захотели вкладывать в это больше средств», — сказал в своем заявлении штатный физик-исследователь из PPPL Деннис Бойл.

Последние открытия были сделаны в рамках продолжающейся работы Лаборатории над проектом Lithium Tokamak Experiment-Beta (LTX-β). Недавние эксперименты, проведенные в рамках этого проекта, показали, что нанесение жидкого литиевого покрытия на внутреннюю часть стенки токамака эффективно поддерживает высокую температуру плазмы на его периферии. Предыдущие эксперименты, проведенные с твердыми литиевыми покрытиями в LTX-β, показали их способность улучшать характеристики плазмы. Нынешний успех с жидким литием особенно многообещающ, учитывая его пригодность для интеграции в крупномасштабные токамаки.

Включение жидкого лития в термоядерные плазменные устройства также является потенциальным решением для снижения необходимости частого ремонта, поскольку он служит защитным барьером от сильного нагрева плазмы. По словам исследователей, в ходе недавних экспериментов жидкий литий продемонстрировал свою эффективность, поглотив около 40% ионов водорода, выходящих из плазмы, эффективно снижая рециркуляцию этих частиц обратно в плазму в виде холодного нейтрального газа.

Эта разработка создает среду с низким уровнем рециркуляции, предотвращая охлаждение края плазмы рециркулирующими ионами водорода. Таким образом, поддерживается равномерная температура по всей плазме, от края до ядра. Такое постоянство температуры имеет решающее значение для улучшения удержания тепла, минимизации нестабильностей и оптимизации общей эффективности процесса термоядерного синтеза.

Введение жидкого лития значительно повысило плотность плазмы при инжекции высокоэнергетических нейтральных частиц, превзойдя возможности, продемонстрированные при использовании твердого лития. В отличие от ограниченного увеличения плотности, наблюдавшегося при использовании твердого лития, жидкий аналог продемонстрировал более высокую производительность.

Ученые связывают это отличие с незначительным количеством лития, испаряющегося с жидких стенок реактора и проникающего в плазму. Эта примесь лития изменила динамику обмена зарядами, позволив плазме удерживать добавленные ионы водорода из нейтрального пучка, не вытесняя существующие. В результате, по словам исследователей, этот процесс привел к общему увеличению плотности плазмы, продемонстрировав потенциальные преимущества жидкого лития в термоядерных установках.