Forskare som leds av US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har föreslagit en innovativ design för att förbättra framtida fusionskraftverkers förmåga att skapa säkra, ren och riklig energi i ett stabilt tillstånd, eller konstant, sätt. Designen använder loopar av flytande litium för att rengöra och återvinna tritium, den radioaktiva väteisotopen som driver fusionsreaktioner, och för att skydda avledarplattorna från intensiv avgasvärme från tokamaken som innehåller reaktionerna.

"Det finns många utmaningar för att utveckla fusionsenergi och hantering av värme på avledarplattor är bland dem, "sa PPPL -fysikern Masa Ono, huvudförfattare till ett papper om designen som publicerats i tidskriften Kärnfusion . "Vi ville se hur vi kan skydda avledarplattorna och hålla fusionskammaren ren."

Fusion, sammanslagningen av ljuselement för att frigöra energi, är processen som driver solen och stjärnorna. Här på jorden, fusionskraftverk kommer att kombinera tritium med systerisotopen deuterium för att skapa energi för elproduktion. Att producera denna kraft i en fusionsanordning kallas ibland "att lägga en stjärna i en burk".

Systemet som Ono och kollegor konstruerade kräver att pumpa flytande litium in och ut ur en tokamak, en typ av magnetisk fusionsanordning, för att upprätthålla steady state -drift medan du rengör damm och andra föroreningar från plasma och skyddar avledaren. Litium, en silverfärgad metall som lätt kombineras med andra element, skulle ha ett antal funktioner:

• Täcker avledarplattor. Injektion av flytande litium i tokamak -avledningskammaren skulle belägga plattorna med den flytande substansen, skydda dem från värme och partiklar som stiger upp från kärnan i plasma. Den flytande litiumbeläggningen skulle också fungera som en svamp, fånga partiklarna innan de träffade plattan och förhindra att de återvänder till plasma för att kyla ner den och minska fusionsprestanda.

  "Även ett tunt lager flytande litium kan skydda plattorna, "sa Ono." Det har också ett löfte om att förbättra plasmaprestanda som observerats i National Spherical Torus Experiment och Lithium Torus Experiment på PPPL och i andra fusionsexperiment, och minskar värmeflödet. Och eftersom flytande litium avdunstar, vi måste ständigt tillhandahålla mer för att hålla tallrikarna fuktiga. "

• Återvinning av tritium, ett viktigt bränsle som kommer att smälta ihop med deuterium för att producera fusionsreaktioner i framtida kraftverk. Endast ungefär en procent av tritium som injiceras i plasma förväntas konsumeras i denna process. Resterande obrukat tritium måste tas bort och återvinnas för att bibehålla tankningen.

  För att utföra denna uppgift, det flytande litiumet skulle kombineras med tritium i tokamaken och bära det med damm och andra föroreningar till ett filter utanför tokamaken där dammet skulle tas bort. Nästa stopp skulle vara en kallfälla som arbetar vid 200 grader Celsius som gör att tritium kan kristallisera ut. Efter tömning av litium från fällan, systemet skulle värma upp och regenerera tritium och föra det till en separator som skulle slänga föroreningarna och pumpa tillbaka tritium i tokamak. Alternativt, slingan kunde matas in i en centrifug som separerade tritium från litium och återförde isotopen till tokamak.

Ta bort damm. Om den inte är markerad, många ton damm kan samlas på ett år från interaktioner mellan plasma och fusionskammarens väggar. Samma slinga som återvinner tritium skulle leverera dammet till ett filter som beskrivits ovan. "Efter att dammfiltret är fyllt, det måste bytas ut, "Ono sa." Eftersom filtret skulle vara relativt nära fusionskammaren, det måste bytas ut på distans. "Eliminering av oönskade element. Kontakt mellan plasma- och tokamakväggarna skulle också ge upphov till föroreningar som kväve och syre som kan kyla plasma. Det flytande flytande litiumet skulle bära dessa föroreningar till tritiumseparatorn, som nämnts ovan, som skulle ta bort dem. "Eftersom dessa föroreningar förväntas vara relativt låga, "Ono sa, "de kan hanteras efter separering genom specialiserade mindre rengöringsöglor som är fästa vid den huvudsakliga."

PPPL och grupper runt om i världen testar flytande litiumkoncept för sådana idéer. "Vi ser framåt för att hitta lösningar, "sa Ono." Dessa frågor måste hanteras för att vi ska kunna realisera praktiska och attraktiva fusionskraftverk. "