Beryllium, en hård, silvermetall som länge används i röntgenmaskiner och rymdfarkoster, hittar en ny roll i strävan efter att föra kraften som driver solen och stjärnorna till jorden. Beryllium är ett av de två huvudmaterialen som används för väggen i ITER, en multinationell fusionsanläggning under uppbyggnad i Frankrike för att demonstrera det praktiska med fusionskraft. Nu, fysiker från U.S.Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) och General Atomics har kommit fram till att injicering av små berylliumpellets i ITER kan hjälpa till att stabilisera plasma som driver fusionsreaktioner.

Experiment och datorsimuleringar visade att de injicerade granulaten hjälper till att skapa tillstånd i plasma som kan utlösa små utbrott som kallas kantlokaliserade lägen (ELM). Om det utlöses tillräckligt ofta, de små ELM förhindrar jätteutbrott som kan stoppa fusionsreaktioner och skada ITER -anläggningen.

Forskare runt om i världen försöker replikera fusion på jorden för en praktiskt taget outtömlig strömförsörjning för att generera el. Processen innefattar plasma, en mycket varm soppa av fritt flytande elektroner och atomkärnor, eller joner. Kärnans sammanslagning frigör en enorm mängd energi.

I föreliggande experiment, forskarna injicerade granulat av kol, litium, och borkarbid-lättmetaller som delar flera egenskaper hos beryllium-till DIII-D National Fusion Facility som General Atomics driver för DOE i San Diego. "Dessa lätta metaller är material som vanligtvis används inuti DIII-D och delar flera egenskaper med beryllium, "sa PPPL -fysikern Robert Lunsford, huvudförfattare till tidningen som rapporterar resultaten i Kärnämnen och energi . Eftersom den inre strukturen hos de tre metallerna liknar den för beryllium, forskarna drar slutsatsen att alla dessa element kommer att påverka ITER -plasma på liknande sätt. Fysikerna använde också magnetfält för att få DIII-D-plasma att likna plasma som det förutspås inträffa i ITER.

Dessa experiment var de första i sitt slag. "Detta är det första försöket att försöka ta reda på hur dessa föroreningspellets skulle tränga in i ITER och om du skulle göra tillräckligt med en temperaturförändring, densitet, och tryck för att utlösa en ELM, "sa Rajesh Maingi, chef för plasma-edge forskning vid PPPL och en medförfattare till uppsatsen. "Och det ser faktiskt ut som om denna granulatinjektionsteknik med dessa element skulle vara till hjälp."

Om så är fallet, injektionen kan minska risken för stora ELM i ITER. "Mängden energi som drivs in i ITER:s första väggar av spontant förekommande ELM är tillräckligt för att orsaka allvarliga skador på väggarna, "Sa Lunsford." Om ingenting gjordes, du skulle ha en oacceptabelt kort komponentlivslängd, möjligen kräver att delar byts ut varannan månad. "

Lunsford använde också ett program som han själv skrev som visade att injicering av berylliumkorn med en diameter på 1,5 millimeter, ungefär tjockleken på en tandpetare, skulle tränga in i kanten av ITER -plasma på ett sätt som kan utlösa små ELM. I den storleken, tillräckligt med ytan av granulatet skulle avdunsta, eller ablat, att låta beryllium tränga in på platser i plasma där ELM mest effektivt kan utlösas.

Nästa steg blir att beräkna om densitetsförändringar orsakade av föroreningspellets i ITER verkligen skulle utlösa en ELM som experimenten och simuleringarna indikerar. Denna forskning pågår för närvarande i samarbete med internationella experter på ITER.

Forskarna ser injektionen av berylliumkorn som bara ett av många verktyg, inklusive användning av externa magneter och injicering av deuteriumpellets, att hantera plasman i munkformade tokamakanläggningar som ITER. Forskarna hoppas kunna utföra liknande experiment på Joint European Torus (JET) i Storbritannien, för närvarande världens största tokamak, för att bekräfta resultaten av deras beräkningar. Säger Lunsford, "Vi tror att det kommer att ta alla som arbetar tillsammans med ett gäng olika tekniker för att verkligen få ELM -problemet under kontroll."