I en fusionsfusionsreaktor för magnetfält, vi upprätthåller högtemperaturplasman genom magnetfältslinjerna genom att flyta plasmat isär från ett kärl. Dock, det bildas oundvikligen en plats där plasma träffar. På ett sådant ställe, för att ta emot värmen från plasma monteras en värmeabsorberingsanordning som kallas avledaren. I nuvarande plasma -experimentella enheter, inklusive Large Helical Device (LHD) vid National Institute for Fusion Science (NIFS), en fast avledare används vanligtvis, där plasman styrs till en platta eller block som består av kol eller volfram och dessa plattor eller block kyls av vatten. I International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), för, en solid avledare som består av volframblock som kommer att kylas av vatten håller på att antas.

Den fasta avledaren, eftersom det drabbas av slitage av att drabbas av högtemperaturplasma, kräver ofta underhåll. På NIFS, fusionsreaktorn av spiraltyp, för vilken designforskning utvecklas, har den speciella egenskapen goda förutsättningar för stabil drift. Omvänt, eftersom strukturen är tredimensionell och komplicerad, hur underhåll av avledare kommer att genomföras blir en svår teknisk fråga.

I den framtida fusionsreaktorn, mängden värme som avledaren kommer att ta emot kommer att växa sig större, och det finns oro för att värmeflödet kommer att överstiga ITER-designvärdet avsevärt, vilket är cirka 20 megawatt per kvadratmeter. Som en avledare som kommer att bära detta extremt höga värmeflöde, metoder som använder flytande metall har föreslagits och övervägt i mer än 40 år. Tanken har varit att ta emot det höga värmeflödet med flödet av smält litium, tenn, och andra flytande metaller. Om flödeshastigheten kan överstiga flera meter per sekund, då kan avledaren motstå fusionsplasmas höga värmeflöde. Å andra sidan, eftersom partiklar som har omvandlats till neutral gas från ett plasmastopp på avledaren, rollen att tömma dessa gaser till utsidan krävs således. Särskilt, beträffande den spiralformade fusionsreaktorn med dess komplicerade struktur, det hade inte föreslagits tanken på en flytande metallavledare där hög värmebeständighet och evakueringsprestanda är kompatibla.

Forskargruppen av professor Junichi Miyazawa, Professor Akio Sagara, och andra, alla från National Institute for Fusion Science, konstruerat en ny typ av flytande metall duschavledare system som evakuerar plasma som neutrala gaser innan de anländer till fartyget. De siktade på en finstråle av flytande metall som ställs upp i duschläge mot perifera områden av högtemperaturplasma. De använde tenn, vilket är utmärkt för lågt ångtryck och för att vara billigt, och även för säkerheten.

I denna nya metod, de placerade apparaten med intervaller på bara tio platser inuti den toroidala inneslutningsanordningen (se figur 1). På det här sättet, underhåll blir mycket lättare att utföra. Omvänt, området som plasman kan komma i kontakt med minskar, och då ökar värmebelastningen kraftigt. Om vi ​​använder höghastighets flytande metallflöde, då blir detta en motåtgärd.

Eftersom högtemperaturplasma rör sig längs magnetfältlinjerna, att placera den flytande metallen snett, en stark vägg bildas genom vilken plasma inte kan passera. (Se figur 2 till vänster.) Plasma neutraliserad på ytan av flytande metalldusch passerar genom duschens mellanrum mot baksidan, och därmed är effektiv evakuering möjlig. (Se figur 2 till höger.)

Den flytande metallduschen kan bära en extremt stor värmebelastning som överstiger cirka tio gånger det värde som den senaste ITER -avledaren tolererar. Även med en så hög värmebelastning, vi har lärt oss att om vi använder ett flytande metallflöde på 4 meter per sekund kan den höga värmebelastningen enkelt blockeras. Som visas i figur 3, eftersom det finns den viktiga egenskapen när plasma vidrör duschen en gång, det slår inte fartyget.

I duschavledaren för flytande metall, ett stabilt flöde över några meters längd är nödvändigt. Flödet accelereras av gravitationen, och när diametern blir tunn blir ytan samtidigt instabil, droppar faller, och spray genereras. Som en enhet som tar emot värme, detta är inte önskvärt. För att undertrycka hastigheten med gravitationen, vi satte in ett föremål som skulle bli motstånd mot flödet inuti vätskan. I det inre motståndet, vi använder tråd och tejp, eller en kedja. Vilket som är bäst kommer att variera beroende på vätskans variation och önskad flödeshastighet. När det finns inre motstånd, eftersom högtemperaturområdet och området med låg temperatur lätt kommer att bli upprörda, Vi förutser också effekten som sänker den högsta temperaturen och undertrycker avdunstningen av den flytande metallen.

I detta nya förfarande, jämfört med förfaranden som hittills använts som använde kol och andra fasta ämnen, tillsammans med värmebeständig prestanda som växer med mer än 10 gånger, det kan förväntas att hög evakueringsprestanda också kommer att uppnås. Ytterligare, det finns inga begränsningar mot enhetens livslängd på grund av slitage orsakad av plasma, och enhetens underhåll blir enkelt. Eftersom den spiralformade fusionsreaktorn har en komplicerad tredimensionell struktur, man tror att användning av flytande metall i den värmemottagande anordningen kommer att vara problematisk. Men enligt denna forskning, det har indikerats att detta kommer att vara möjligt.

Dessa forskningsresultat presenterades vid den 26:e International Atomic Energy Agency-konferensen som hölls 17-22 oktober i Kyoto, Japan.

När det gäller avledaren som förväntas bära den extremt höga värmebelastningen i fusionsreaktorn, det hade ännu inte funnits något svar. Denna forskning kommer att ge ett genombrott när det gäller detta svåra problem, och kommer att vara ett viktigt steg mot att uppnå den framtida fusionsreaktorn.

När det gäller denna forskning, Vi har utvecklat en teknik för att stabilisera ett flöde som överstiger flera meter. (Patentansökan är för närvarande under granskning.) Vätskeflödet, såsom dricksvatten som rinner från kranar och brandbilsvatten, är ett konventionellt fenomen. Men på sätten att använda vätskeflöde döljs många möjligheter. Särskilt, i ett stabilt och långt vätskeflöde, från fälten jordbruk och kemi till fält baserade på våra liv som luftfuktare och inredning, det finns en mängd olika applikationer. Även som ämne för akademisk forskning, vatten är fängslande. Om uppmärksamheten dras till nyttan av vätskeflöde av denna forskning, vi kan förutse ytterligare aktiviteter inom relaterade forskningsområden.