آمریکا لایه بخار لیتیوم را کامل کرده و مانع حرارت بیش از حد رآکتور گداخت هسته‌ای می‌شود
دانشمندان آزمایشگاه فیزیک پلاسما در پرینستون (PPPL) وابسته به وزارت انرژی آمریکا بر روی روش‌هایی برای مدیریت حرارت شدید تولید شده در رآکتورهای گداخت کار کرده‌اند.
آنها ایده لایه بخار لیتیوم و یک دیوار متخلخل مقابل پلاسما را معرفی کرده‌اند که هر دو طراحی شده‌اند تا از توکامک، ظرف گداخت به شکل دونات، در برابر دماهای بسیار بالا تولید شده توسط پلاسما محافظت کنند.
راجش ماینگی، که رهبری علوم تجربی توکامک در PPPL را بر عهده دارد و هم‌نویسنده یک مقاله اخیر در مجله Nuclear Fusion درباره محل پیشنهادی لیتیوم است، تأکید کرد: «تخصص PPPL در استفاده از فلزات مایع، به ویژه لیتیوم مایع، برای بهبود عملکرد گداخت، در حال کمک به بهبود ایده‌ها درباره چگونگی بهترین استفاده از آن در داخل یک توکامک است.»
محل استراتژیک
از طریق شبیه‌سازی‌های گسترده رایانه‌ای، محققان محل بهینه برای لایه بخار لیتیوم را تعیین کرده‌اند: نزدیک به پایین توکامک و نزدیک به دسته مرکزی.
در بیانیه‌ای از طرف PPPL آمده است: «ایده پشت لایه بخار لیتیوم این است که لیتیوم را در لایه مرزی نگه دارد و آن را از پلاسما داغ هسته فلاش دور نگه دارد اما نزدیک به حرارت اضافی باشد.»
این محل استراتژیک به لایه بخار لیتیوم این امکان را می‌دهد تا حرارت را از منطقه فلوکس خصوصی، منطقه‌ای متمایز از پلاسما هسته، به طور کارآمدی دفع کند بدون اینکه دمای بالای پلاسما را مختل کند.
اریک امدی، یک فیزیک‌دان پژوهشگری در PPPL و نویسنده اصلی مقاله جدید، تأکید کرد: «لایه بخار لیتیوم واقعاً کارایی ندارد مگر اینکه در منطقه فلوکس خصوصی قرار گیرد.»
با جذب و خنثی‌کردن حرارت اضافی قبل از رسیدن به دیوارهای توکامک، لایه بخار لیتیوم به عنوان یک محافظ حیاتی عمل می‌کند.
راه‌حل ساده و خنک‌کنندگی هدفمند
ابتدا به صورت یک «جعبه فلزی» در نظر گرفته شد، محققان کشف کردند که پیکربندی ساده‌تر «لایه»، مشابه نیمه‌ای از یک جعبه، برای تحت کنترل درآوردن بخار لیتیوم کافی است.
امدی تأکید کرد: «سال‌ها فکر می‌کردیم که نیاز به یک جعبه کامل و چهار طرفه داریم، اما حالا می‌دانیم که می‌توانیم چیزی بسیار ساده‌تر بسازیم.»
به طور قابل توجهی، این طراحی جدید ساده شده نه تنها مسیر بخار لیتیوم تبخیری را بهینه می‌کند و قابلیت جذب حرارت آن را افزایش می‌دهد، بلکه ساخت دستگاه را ساده‌تر و مقرون به صرفه‌تر می‌کند.
علاوه بر لایه بخار لیتیوم، دانشمندان PPPL راه‌حل دیگری برای مدیریت حرارت پیشنهاد کرده‌اند: یک دیوار متخلخل مقابل پلاسما.
این دیوار نوآورانه به لیتیوم مایع اجازه می‌دهد مستقیم بر روی سطحی که در معرض پلاسما است جریان پیدا کند و خنک‌کنندگی هدفمند را دقیقاً در جایی که بیشتر مورد نیاز است فراهم آورد.
آندری خوداک، تحلیلگر ارشد مهندسی در PPPL، اظهار داشت: «مزیت دیوار متخلخل مقابل پلاسما این است که نیازی به تغییر شکل ظرف انحصاری نیست. شما می‌توانید فقط کاشی را تغییر دهید.»
پیشبرد راه برای آینده گداخت
مسیر به سمت انرژی گداخت تجاری با چالش‌های بسیاری همراه است، اما راه‌حل‌های نوآورانه‌ای که در PPPL در حال توسعه هستند امید را زنده می‌کنند.
با حل چالش حیاتی مدیریت حرارت در رآکتورهای گداخت، دانشمندان در حال فراهم کردن زیرساخت‌های لازم برای آینده‌ای هستند که در آن انرژی گداخت به عنوان یک منبع انرژی پایدار و قابل اطمینان پذیرفته شود.
لایه بخار لیتیوم و دیوار متخلخل مقابل پلاسما تنها دو نمونه از کارهای پیشگامانه ای هستند که در PPPL انجام می‌شود.
این تلاش‌های مستمر ما را به آینده‌ای نزدیک‌تر می‌کند که انرژی پاک و فراوان گداخت بتواند نقشی کلیدی در حل چالش‌های جهانی انرژی و کاهش تغییرات اقلیمی ایفا کند.
