برنامه‌های ایالات متحده برای پاشیدن بورون در رآکتورهای هسته‌ای به‌مانند 'نمک‌پاش' برای جلوگیری از اتلاف انرژی
پیشگیری از ورود اتم‌های تنگستن به پلاسما یکی از مهم‌ترین چالش‌های رآکتورهای همجوشی هسته‌ای مدرن است و محققان در آزمایشگاه فیزیک پلاسما پرینستون (PPPL) ممکن است راه حلی برای حل آن پیدا کرده باشند.
این کشف که از پودر بورون برای محافظت از دیواره‌های توکاماک در برابر حرارت شدید همجوشی استفاده می‌کند، یک استراتژی ثابت برای دستیابی به انرژی همجوشی پایدار ارائه می‌دهد، مطابق با بیانیه مطبوعاتی PPPL، وزارت انرژی ایالات متحده، که روز دوشنبه منتشر شد.
فلوریان افنبرگ، فیزیک‌دان محقق در PPPL، در این بیانیه مطبوعاتی گفت: 'ما یک راه جدید برای درک چگونگی رفتار مواد تزریقی بورون در یک پلاسما همجوشی و چگونگی تعامل آن با دیواره‌های رآکتورهای همجوشی برای حفظ آن‌ها در وضعیت خوب در حین عملکرد پیدا کرده‌ایم.'
این پیشرفت می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی بر رآکتورهای همجوشی آینده مانند رآکتور آزمایشی گرما-هسته‌ای بین‌المللی (ITER) در فرانسه، بزرگ‌ترین تجربه همجوشی جهان بگذارد.
پودر بورون برای محافظت پیشرفته رآکتورها
انرژی همجوشی که همواره به عنوان جام مقدس انرژی تمیز و بی‌پایان مورد ستایش قرار گرفته است، نیاز به دماهای بسیار بالا دارد تا پلاسما، گاز داغ در مرکز واکنش، را حفظ کند.
به همین دلیل، تنگستن به عنوان ماده‌ای منتخب برای رآکتورهای همجوشی در نظر گرفته می‌شود زیرا استحکام خوبی دارد. با این حال، اتم‌های تنگستن می‌توانند جدا شوند و وارد پلاسما شوند و فرایند همجوشی را سرد کنند.
تحقیقات جدید نشان می‌دهند که افزودن پودر بورون به رآکتور هسته‌ای می‌تواند به عنوان یک لایه محافظ بر روی دیواره‌های تنگستن عمل کند و به عنوان یک مانع در برابر فرار اتم‌ها به پلاسما عمل کند.
کارشناس سرپرست در علم توکاماک در PPPL مدعی است که بورون به نوعی 'نمک‌پاش' برای حفظ دیواره‌های تنگستن در جای خود عمل می‌کند.
جوزف اسنیپز، مدیر علمی تجرباتی توکاماک، گفت: 'بورون به صورت پودر به پلاسما توکاماک پاشیده می‌شود، مانند از یک نمک‌پاش، که در لبه پلاسما یونیزه می‌شود و سپس بر روی دیواره‌های داخلی توکاماک و منطقه خروجی آن رسوب می‌کند.'
وی افزود: 'پس از پوشیدن با لایه نازکی از بورون، جلوی ورود تنگستن به پلاسما و انتشار انرژی پلاسما را خواهد گرفت.'
این تکنیک قبلاً در رآکتورهای همجوشی در سراسر جهان از جمله در چین، آلمان و ایالات متحده نتایج امیدوارکننده‌ای داشته است. بنا به اظهارات محققان، این روش همچنین می‌تواند زمانی که رآکتور عملیاتی است، مورد استفاده قرار گیرد.
مدل‌های رایانه‌ای روش بورون را تشویق می‌کنند
دانشمندان PPPL یک چارچوب مدل‌سازی رایانه‌ای پیشرفته برای بررسی رفتار بورون در رآکتورهای همجوشی به جز انجام آزمایش‌ها ایجاد کرده‌اند.
چارچوب نوآورانه، که توسط افنبرگ و تیم طراحی شده است، هر مرحله از فرآیند از جمله چگونگی تعامل بورون با پلاسما و دیواره‌های رآکتور را مدل‌سازی می‌کند.
افنبرگ توضیح داد: 'یک مدل رفتار پلاسما را شبیه‌سازی می‌کند، مدل دیگر نحوه حرکت و تبخیر ذرات پودر بورون در پلاسما را نشان می‌دهد و مدل سوم نحوه تعامل ذرات بورون با دیواره‌های توکاماک، از جمله نحوه چسبیدن، فرسایش و ترکیب آن‌ها با مواد دیگر را مورد بررسی قرار می‌دهد.'
وی افزود: 'این بینش‌ها برای بهینه‌سازی راهبردهای تزریق بورون به‌منظور دستیابی به شرایط دیواری مؤثر و همگن در ITER و رآکتورهای همجوشی دیگر حیاتی است.'
بنابراین، آنطور که محققان می‌گویند، این روش می‌تواند در رآکتورهای بزرگ مقیاس مانند ITER بسیار مهم باشد.
تیم انتظار دارد که تحقیقات به رویه‌های بهتر تزریق بورون منجر شود، تضمین کننده طولانی‌مدت و کارایی بالای رآکتورهای همجوشی آینده باشد.
