Du kanske är mest bekant med elementet litium som en integrerad komponent i din smarttelefons batteri, men elementet spelar också en roll i utvecklingen av ren fusionsenergi. Vid användning på volframytor i fusionsenheter, litium kan minska periodisk instabilitet i plasma som kan skada reaktorväggarna, forskare har funnit.

Resultaten, visat av forskare vid US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) och samarbetspartners på Kinas experimentella avancerade supraledande Tokamak (EAST) fann att litiumpulver kan eliminera instabilitet som kallas kantlokaliserade lägen (ELM) när de används för att belägga en volframplasmavägen komponent som kallas "avledaren"-enheten som tar ut spillvärme och partiklar från plasma som driver fusionsreaktioner. Om den lämnas ensam, sådana instabiliteter kan skada avledaren och orsaka fusionsreaktioner.

Resultaten är goda nyheter för framtida enheter som planerar att använda volfram för sina egna avledare som är utformade för att fungera med litium.

Tidigare experiment med litiumpulver på EAST har bekräftat metallens förmåga att eliminera eller minska frekvensen och intensiteten av periodiska utbrott av ELM som uppstår i ytterkanten av plasma som kan skada avledaren. ELM utvecklas regelbundet när plasma går in i ett högenergistillstånd som kallas high-inneslutningsläge, eller H-läge, som håller värmen i plasman mer effektivt. ELM kan också släppa loss stora mängder värme som skadar de plasma-vända komponenterna och släpper ut eroderat material som kan komma in i plasma och kyla fusionsreaktionerna.

Under de tidigare experimenten ÖST:s övre och nedre avledare var belagda med lätt och poröst kol snarare än tungmetallvolframen. "Så, frågan var om litium kommer att ha samma effekt på volframväggar som med kolväggar, "sa PPPL -fysikern Rajesh Maingi, huvudförfattare med Jiansheng Hu från Institute of Plasma Physics vid Chinese Academy of Sciences (ASIPP) av ett papper som beskriver resultaten i tidskriften Kärnfusion .

Frågan var ifrågasatt eftersom ny forskning om andra munkformade tokamaker, till exempel Axi-Symmetric Divertor Experiment-Upgrade (ASDEX-U) i Tyskland, har föreslagit att plasma-vända komponenter av volfram faktiskt minskar litiumbeläggningarnas förmåga att kontrollera ELM. Litium injicerades i ASDEX-U via stora snabba pellets, jämfört med litiumpulvret som injicerades gravitationellt i ÖST -experimenten.

I de senaste experimenten har forskare manipulerade plasman inom ÖST så att den tog ut sin spillvärme på den övre av de två avledarna i tokamaken. Till skillnad från den nedre avledaren, som var gjord av kol, den övre avledaren är tillverkad av volfram.

Resultaten visade att litium injicerat i plasma i kontakt med volfram reducerar ELM lika mycket som litium gör när plasma tömmer sin värme på kol. Fysiker har nu ökat förtroende för att teknikerna som används för att minska ELM i nuvarande fusionsmaskiner kommer att kunna minska ELM i större maskiner i framtiden, så länge de är utformade för att vara kompatibla med litium.

Forskargruppen noterade att det blev lättare att eliminera ELM när experimenten fortskred, vilket tyder på att eliminering kan kräva mindre litium med tiden. Forskare skulle därför vilja hitta ett sätt att reglera hur mycket litium som injiceras i plasma, kanske minska injektionshastigheten när ELM:erna har försvunnit för att kontrollera litiuminventariet och optimera plasmaets prestanda.