Исследователи из Принстонской лаборатории физики плазмы Министерства энергетики США разработали план с использованием жидкого лития для контроля чрезмерного нагрева, который может ударить в выхлопную систему термоядерных реакторов токамака.

Токамак — это ограничивающее устройство, которое использует мощное магнитное поле для удержания плазмы в форме тора и чья работа заключается в создании контролируемой мощности термоядерного  синтеза.

С другой стороны, синтез — это ядерная реакция, которая происходит, когда атомы сталкиваются и сливаются вместе, высвобождая огромное количество энергии. Этот процесс питает Солнце.

В  статье,  опубликованной в  Journal of Fusion Energy, ученые PPPL объясняют, что тепловой поток внутри токамака может серьезно повредить стенки дивертора в сердце выхлопной системы устройства и остановить термоядерные реакции.

По словам группы, возглавляемой физиком Масаюки Оно, проблема возникает из-за того, что энергия, запасенная в ядре плазмы, которая будет питать будущие токамаки, будет в 1000 раз больше, чем на объектах, используемых сегодня. Таким образом, если всего 1% накопленной энергии выйдет из активной зоны будущего реактора и достигнет дивертора, ущерб может быть значительным.

Оно говорит, что такое событие может быть вызвано вспышками, подобными краевым локализованным модам (ELMs), в которых интенсивные всплески тепла могут врезаться в обращенные к плазме стенки токамака.

Таким образом, средство, предложенное им и его коллегой Роджером Раманом, требует впрыскивания гранул лития в дивертор в центре выхлопной области, где литий будет сжижаться и сильно излучаться. Излучение будет распространять большую часть чрезмерного тепла, выходящего из ядра плазмы, и минимизировать количество, попадающее на стенку дивертора.

«Идея состоит в том, чтобы ввести легкие примеси, такие как литий, бор или бериллий, в область дивертора, чтобы отвести большую часть энергии», — сказал Оно в заявлении для СМИ. «Уловка будет заключаться в том, чтобы войти достаточно быстро, чтобы защитить дивертор с очень небольшим излучением, воздействующим на плазменное ядро. Не следует вводить слишком много примесного материала — достаточно, чтобы выполнить эту работу».

Авторы предлагают заменить газовые пушки, используемые в настоящее время для ввода лития в токамаки, на инжектор электромагнитных частиц. Это устройство будет быстро реагировать на любое предупреждение и выполнять процесс закачки, избегая при этом ненужной газовой нагрузки, которая имеет тенденцию закачиваться с помощью текущего метода в вакуумную камеру, в которой находится основная плазма.

Раман объяснил, что предупреждения об экстремальном тепловом потоке могут исходить от внезапных вспышек света, которые тепловые вспышки могут создать на краю плазмы. Такие всплески могли достигнуть дивертора примерно за 10 миллисекунд. Инжектор электромагнитных частиц будет быстро выпускать высокоскоростной снаряд в область дивертора, чтобы излучать его вдали от набегающего теплового потока.

Если это тестирование будет успешным, приложение может быть протестировано на будущих токамаках, таких как ITER, международный токамак, разрабатываемый во Франции.