پیشنهاد دانشمند آمریکایی: 'شاتگان تنگستن' برای افزایش پایداری راکتور همجوشی
پژوهشگران در آزمایشگاه ملی لس آلاموس (LANL) در حال بررسی یک رویکرد نوین برای کاهش چالش بحرانی در توسعه انرژی همجوشی، یعنی اثرات مخرب الکترون‌های فراری هستند. فرار الکترون‌ها ناشی از ناپایداری‌های پلاسما در داخل راکتورهای همجوشی است.
«راکتورهای همجوشی با استخراج مقدار زیادی انرژی از همجوشی هسته‌های سبک‌تر به یک هسته سنگین‌تر عمل می‌کنند»، به گفته LANL در یک بیانیه مطبوعاتی.
برای دستیابی به این هدف، دانشمندان نیاز دارند که پلاسما را بیش از حد حرارت دهند، یعنی حالتی از ماده که در آن الکترون‌ها از اتم‌ها جدا می‌شوند و دما به بیش از ۱۵۰ میلیون درجه سلسیوس می‌رسد.
«اما ناپایداری در شرایط شدید زاده می‌شود. پلاسما به شدت نامنظم است و اغلب تلاش می‌کند از راکتور فرار کند».
«یکی از محصولات جانبی شدید این ناپایداری فرار الکترون‌ها است.
‘شاتگان تنگستن’ برای الکترون‌های فراری
این الکترون‌ها، که به سرعت نزدیک به نور شتاب می‌گیرند، می‌توانند از میدان‌های مغناطیسی طراحی شده برای نگهداری آنها فرار کنند و به دیواره‌های راکتور برخورد کنند.
این برخوردها می‌توانند به طور جدی آسیب برسانند و ممکن است منجر به تعمیرات پرهزینه و توقف عملیاتی شوند.
«این آسیب در طول زمان نیست. در یک رویداد، پرتو می‌تواند یک حفره در یک دیوار تنگستن جامد بزند و مکانیسم خنک‌کننده زیرین را آسیب برساند»، اظهار کرد مایکل لیولی، یک کارشناس همجوشی در لس آلاموس، که راه حلی برای این مسئله پیشنهاد کرده است.
لیولی پیشنهاد می‌دهد که یک «شاتگان تنگستن» اجرا شود.
«شاتگان لیولی ذرات تنگستن به عرض میلی‌متر به راکتور تزریق می‌کند تا الکترون‌های فراری را متوقف کند»، توضیح داد LANL.
به طور قابل توجهی، تنگستن که برای استحکام و نقطه ذوب بالای خود انتخاب شده است، از قبل یک جزء کلیدی در ساخت دیواره‌های راکتور است.
نتایج امیدوارکننده
شبیه‌سازی‌های گسترده انجام شده توسط لیولی نشان داده‌اند که روش شاتگان تنگستن مؤثر است. ذرات تزریق‌شده تنگستن به طور مؤثر با الکترون‌های فراری برخورد کرده، انرژی آنها را جذب کرده و از مسیرهای مخرب آنها انحراف ایجاد می‌کنند.
نتایج نشان می‌دهند که پرتو الکترون‌های فراری تقریباً به محض برخورد با ذرات تنگستن خنثی می‌شود.
«تنگستن ۸ درصد از الکترون‌های فراری را جذب می‌کند، در حالی که ۹۲ درصد باقی‌مانده به بیرون از مدار پخش یا انحراف می‌یابد و از خطر آسیب به راکتور دور می‌شوند»، بیان کردند LANL.
افزون بر این، شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که ذرات تنگستن به مدت زمان بیشتری نسبت به الکترون‌های فراری در داخل راکتور باقی می‌مانند.
«لیولی دریافت که فرارها به مدت ۱۳۰ نانوثانیه در مدار راکتور می‌گردند در حالی که ذرات تنگستن عمر ۱۰۰,۰۰۰ نانوثانیه دارند»، یادآور شد بیانیه مطبوعاتی.
این به این معناست که یک تزریق واحد از ذرات تنگستن می‌تواند حفاظت بلندمدت‌تری در برابر چندین رویداد الکترون فراری ارائه دهد، که کارایی و عملی بودن این رویکرد را افزایش می‌دهد.
حفاظت از راکتورهای همجوشی
مرحله بعدی این پژوهش شامل آزمایش روش تزریق ذرات تنگستن در راکتورهای همجوشی تجربی است.
اگر این آزمون‌ها نتایج شبیه‌سازی را تأیید کنند، این فناوری می‌تواند به طراحی‌های آینده راکتورهای همجوشی یکپارچه شود، و راه را برای آینده‌ای پاک‌تر و پایدارتر از نظر انرژی هموار کند.
«ما باید بتوانیم از راکتورهای همجوشی هسته‌ای در برابر از دست دادن کنترل پلاسما بدون آسیب به اجزا یا توقف برای تعمیرات سنگین محافظت کنیم و می‌توانیم این کار را با کمترین تأثیر اقتصادی انجام دهیم»، نتیجه‌گیری کرد لیولی.
