Ett stort problem med drift av ringformade fusionsanläggningar som kallas tokamaks är att hålla plasman som driver fusionsreaktioner fri från föroreningar som kan minska reaktionernas effektivitet. Nu, forskare vid US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) har funnit att sprinkling av en typ av pulver i plasman kan hjälpa till att utnyttja den extremt heta gasen i en tokamakanläggning för att producera värme för att skapa el utan att producera växthus gaser eller långtidsradioaktivt avfall.

Fusion, kraften som driver solen och stjärnorna, kombinerar ljuselement i form av plasma - det heta, materiens laddade tillstånd består av fria elektroner och atomkärnor - som genererar enorma mängder energi. Forskare försöker replikera fusion på jorden för en praktiskt taget outtömlig strömförsörjning för att generera el.

"Huvudmålet med experimentet var att se om vi kunde lägga ner ett lager bor med en pulverinjektor, "sa PPPL -fysikern Robert Lunsford, huvudförfattare till tidningen som rapporterar resultaten i Kärnfusion . "Än så länge, experimentet verkar ha varit framgångsrikt. "

¬ Boret hindrar ett element som kallas volfram från att läcka ut från tokamakväggarna in i plasma, där det kan kyla plasmapartiklarna och göra fusionsreaktioner mindre effektiva. Ett lager bor appliceras på ytor som vetter mot plasma i en process som kallas "borisering". Forskare vill hålla plasma så varmt som möjligt - minst tio gånger varmare än solens yta - för att maximera fusionsreaktionerna och därmed värmen för att skapa elektricitet.

Att använda pulver för att ge borisering är också mycket säkrare än att använda en borgas som kallas diboran, metoden som används idag. "Diborangas är explosiv, så alla måste lämna byggnaden som innehåller tokamak under processen, "Sa Lunsford." Å andra sidan, om du bara kunde släppa lite borpulver i plasma, det skulle vara mycket lättare att hantera. Medan diborangas är explosivt och giftigt, borpulver är inert, "tillade han." Den här nya tekniken skulle vara mindre påträngande och definitivt mindre farlig. "

En annan fördel är att medan fysiker måste stoppa tokamak -operationer under borrgasprocessen, borpulver kan tillsättas till plasma medan maskinen är igång. Denna funktion är viktig för att ge en konstant elkälla, framtida fusionsanläggningar måste fungera länge, oavbruten tid. "Detta är ett sätt att komma till en stationär fusionsmaskin, "Lunsford sa." Du kan lägga till mer bor utan att behöva stänga av maskinen helt. "

Det finns andra skäl att använda en pulverdroppar för att belägga de inre ytorna på en tokamak. Till exempel, forskarna upptäckte att injicering av borpulver har samma fördel som att kväva gas i plasma - båda teknikerna ökar värmen vid plasmakanten, vilket ökar hur väl plasman förblir begränsad inom magnetfälten.

Pulverdroppartekniken ger också forskare ett enkelt sätt att skapa fusionsplasma med låg densitet, viktigt eftersom låg densitet gör att plasmainstabilitet kan undertryckas av magnetiska pulser, ett relativt enkelt sätt att förbättra fusionsreaktioner. Forskare kan använda pulver för att skapa lågdensitetsplasma när som helst, snarare än att vänta på en gasformig boronisering. Att enkelt kunna skapa ett brett spektrum av plasmatillstånd på detta sätt skulle göra det möjligt för fysiker att utforska plasmas beteende mer ingående.

I framtiden, Lunsford och de andra forskarna i gruppen hoppas kunna genomföra experiment för att avgöra var, exakt, materialet går efter att det har injicerats i plasma. Fysiker antar för närvarande att pulvret flyter till toppen och botten av tokamak -kammaren, på samma sätt som plasma flyter, "men det skulle vara användbart att ha den hypotesen säkerhetskopierad genom modellering så att vi vet de exakta platserna i tokamaken som får borskikten, "Sa Lunsford.