В современных термоядерных установках плазма нагревается до экстремальных температур, что приводит к столкновениям атомов дейтерия со стенками реактора и их последующему внедрению в материал конструкции.
Использование бороновых покрытий на графитовых стенках токамака позволяет снизить примеси в плазме, однако эксперименты на установке DIII-D в General Atomics выявили неожиданное явление — процент задержанного топлива значительно зависит от присутствия углерода.
Проведённое исследование, опубликованное в журнале Nuclear Materials and Energy, возглавил Shota Abe – сотрудник Princeton Plasma Physics Laboratory Министерства энергетики США. Работа фокусируется на количественной оценке задержания дейтерия в бороновых покрытиях, нанесённых на графитовые стенки токамака, что имеет решающее значение для построения эффективных и безопасных реакторов.
Применение дейтерия в экспериментах служит заменой радиоактивного трития, использующегося в коммерческих установках. Alessandro Bortolon, управляющий главный исследователь физик из PPPL, пояснил: «Существует очень строгий лимит на количество трития, присутствующего в устройстве. Если этот лимит превышен, работа приостанавливается, а лицензия аннулируется. Для функционирования реактора требуется точный учет трития; превышение лимита становится непреодолимым препятствием.»
Анализ показал, что основным фактором, усиливающим задержание дейтерия, оказались примеси углерода, а не само бороновое покрытие. Даже незначительное содержание углерода в сочетании с бором приводит к образованию прочных связей, разрывание которых требует нагрева до примерно 1000°F (около 537°C), а соотношение задерженного топлива составляет две единицы дейтерия на каждые пять единиц борона.
Florian Effenberg, сотрудник PPPL, отметил: «Углерод — настоящий источник проблем.» Эта особенность существенно осложняет процедуру удаления внедрившегося топлива без ухудшения характеристик системы.
Параллельно с оптимизацией боронового покрытия ведутся работы по переходу от графитовых плиток к чистым вольфрамовым стенкам, что позволит точнее воспроизвести условия, ожидаемые в международном проекте ITER, собирающемся во Франции для изучения самоподдерживающейся плазмы.
Соблюдение жестких нормативов по запасам трития требует глубокого понимания процессов задержания топлива в конструкционных материалах, что имеет ключевое значение для разработки безопасных коммерческих термоядерных установок.
Совместная работа учёных из Princeton Plasma Physics Laboratory, Princeton University, University of California-San Diego, General Atomics, University of Tennessee и Sandia National Laboratories, а также участие специалистов Michael Simmonds, Igor Bykov, Jun Ren, Dmitry L. Rudakov, Ryan Hood, Alan Hyatt, Zihan Lin и Tyler Abrams демонстрируют важность междисциплинарного подхода в решении фундаментальных задач фьюжн-технологии.
Изображение носит иллюстративный характер
Использование бороновых покрытий на графитовых стенках токамака позволяет снизить примеси в плазме, однако эксперименты на установке DIII-D в General Atomics выявили неожиданное явление — процент задержанного топлива значительно зависит от присутствия углерода.
Проведённое исследование, опубликованное в журнале Nuclear Materials and Energy, возглавил Shota Abe – сотрудник Princeton Plasma Physics Laboratory Министерства энергетики США. Работа фокусируется на количественной оценке задержания дейтерия в бороновых покрытиях, нанесённых на графитовые стенки токамака, что имеет решающее значение для построения эффективных и безопасных реакторов.
Применение дейтерия в экспериментах служит заменой радиоактивного трития, использующегося в коммерческих установках. Alessandro Bortolon, управляющий главный исследователь физик из PPPL, пояснил: «Существует очень строгий лимит на количество трития, присутствующего в устройстве. Если этот лимит превышен, работа приостанавливается, а лицензия аннулируется. Для функционирования реактора требуется точный учет трития; превышение лимита становится непреодолимым препятствием.»
Анализ показал, что основным фактором, усиливающим задержание дейтерия, оказались примеси углерода, а не само бороновое покрытие. Даже незначительное содержание углерода в сочетании с бором приводит к образованию прочных связей, разрывание которых требует нагрева до примерно 1000°F (около 537°C), а соотношение задерженного топлива составляет две единицы дейтерия на каждые пять единиц борона.
Florian Effenberg, сотрудник PPPL, отметил: «Углерод — настоящий источник проблем.» Эта особенность существенно осложняет процедуру удаления внедрившегося топлива без ухудшения характеристик системы.
Параллельно с оптимизацией боронового покрытия ведутся работы по переходу от графитовых плиток к чистым вольфрамовым стенкам, что позволит точнее воспроизвести условия, ожидаемые в международном проекте ITER, собирающемся во Франции для изучения самоподдерживающейся плазмы.
Соблюдение жестких нормативов по запасам трития требует глубокого понимания процессов задержания топлива в конструкционных материалах, что имеет ключевое значение для разработки безопасных коммерческих термоядерных установок.
Совместная работа учёных из Princeton Plasma Physics Laboratory, Princeton University, University of California-San Diego, General Atomics, University of Tennessee и Sandia National Laboratories, а также участие специалистов Michael Simmonds, Igor Bykov, Jun Ren, Dmitry L. Rudakov, Ryan Hood, Alan Hyatt, Zihan Lin и Tyler Abrams демонстрируют важность междисциплинарного подхода в решении фундаментальных задач фьюжн-технологии.
