Litium, den lätta silverfärgade metallen som används i allt från farmaceutiska tillämpningar till batterier som driver din smarta telefon eller elbil, kan också hjälpa till att utnyttja fusionsenergin på jorden som lyser upp solen och stjärnorna. Litium kan upprätthålla värmen och skydda väggarna inuti munkformade tokamaks som innehåller fusionsreaktioner, och kommer att användas för att producera tritium, väteisotopen som kommer att kombineras med sin kusin deuterium för att driva fusion i framtida reaktorer.

Vid det amerikanska energidepartementets (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), forskare har slutfört en treårig uppgradering av Lithium Tokamak Experiment – ​​nu kallat Lithium Tokamak Experiment-Beta (LTX-β) – en unik enhet som kommer att testa metallens förmåga att upprätthålla värmen och skydda väggarna i nuet. -kraftigare tokamak.

Neutral strålinjektor

Uppgraderingen, finansierat av DOE Office of Science, installerat en neutral strålinjektor - på långtidslån från Tri Alpha Energy, nu TAE Technologies – för att värma, bränsle och öka plasmadensiteten. Andra förbättringar inkluderar en ökning av magnetfältet som begränsar plasman, och installation av nya litiumsystem. Förbättringarna bringar förhållandena i experimentet närmare de i en fusionsreaktor, sa Dick Majeski, huvudforskare av experimentet.

Den nya enheten, som använder en beläggning av litium för att täcka innerväggen på den lilla tokamak, hade före uppgraderingen blivit den första att hålla temperaturen konstant från det varma, plasmans centrala kärna till den normalt svala ytterkanten. "Maskinen är nu redo att utnyttja uppgraderingens fulla kapacitet, sade Phil Efthimion, chef för PPPL:s Plasma Science and Technology-enhet, som övervakar experimentet.

Fusion kombinerar lätta element i form av plasma – det varma, laddat tillstånd av materia som består av fria elektroner och atomkärnor – som genererar enorma mängder energi. Forskare försöker replikera fusion på jorden för en praktiskt taget outtömlig tillgång på kraft för att generera elektricitet.

För att slutföra uppgraderingen, laget producerade 500 kilowatt neutral stråleffekt samtidigt som styrkan på magnetfältet som begränsar plasman ökade med två tredjedelar, och att täcka tokamakens väggar med en litiumbeläggning; den till synes magiska metallen absorberar herrelösa plasmapartiklar och hindrar dem från att studsa tillbaka in i plasmans kärna och kyla ner den. Teamet höjde den neutrala stråleffekten ytterligare till över 600 kilowatt, öka maskinens värmeeffekt med en faktor 10.

Fortfarande behålla bra instängdhet?

Nästa test är om den uppgraderade maskinen kan bibehålla god inneslutning och konstant temperatur i mycket varmare plasma, med starkare magnetfält. Stråluppgraderingen kommer att förhindra att densiteten sjunker och visar om den hetare och mer energiska plasman fortfarande kan kontrolleras.

Konstruktionen av uppgraderingen krävde steg som inkluderade installation av en starkare strömförsörjning och en ny litiumförångare och var "en svår uppgift att utföra, ", sa Majeski. "Alla jobbade väldigt hårt. Vi fick mycket hjälp från laboratoriets NSTX-U [National Spherical Torus Experiment-Upgrade] ingenjörsteam." Tom Kozub från teamet övervakade ingenjörsarbetet och fysikern Dennis Boyle drev enheten när den uppfyllde driftskraven.

Samarbetar kring LTX-β är forskare från åtta forskningscentra över hela landet:Oak Ridge och Lawrence Livermore National Laboratories; Princeton Universitet; University of California, Los Angeles; University of Wisconsin-Madison; University of Washington; och University of Tennessee, Knoxville.