Один из самых больших вопросительных знаков, нависающих над проектом реактора сплава ПРОХОДА — гигантским международным сотрудничеством в настоящее время в процессе строительства во Франции — по какой материал использовать для покрытия его внутреннюю стену. В конце концов, реактор должен противостоять температурам 100,000°C и интенсивная бомбардировка частицами.Исследователи теперь ответили на тот вопрос путем переоборудования текущего самого большого устройства сплава в мире, Совместного европейского торуса (JET) под Оксфордом, Великобритания, с подкладкой, сродни той, запланированной ПРОХОД.
Новая «подобная ПРОХОДУ стена РЕАКТИВНОГО САМОЛЕТА», комбинация вольфрама и бериллия, разрушает более медленно и сохраняет меньше топлива, чем подкладка, используемая на более ранних реакторах сплава, отчетах бригады. «Это было очень хорошими новостями, потому что это означает, что нашим выбором материалов для ПРОХОДА был правильный», говорят физик Питер де Ври, рабочая группа и лидер сеанса в РЕАКТИВНОМ САМОЛЕТЕ.Сплав является процессом, приводящим в действие солнце и звезды, и, потенциально, это – совершенный источник энергии. Необходимое топливо легкодоступно и фактически неистощимо, и процесс не производит парниковых газов или долгоживущих ядерных отходов. Для топлива это требует дейтерия и трития (формы водорода с одним и двумя дополнительными нейтронами, соответственно, в их ядрах).
Они должны быть нагреты так, чтобы они сформировали плазму — ионизированный газ — и когда они достигают приблизительно 150 million°C, ядра сталкиваются с такой силой, что они преодолевают свое взаимное отвращение и плавкий предохранитель в новое, большее ядро. Продуктами реакции является ядро гелия и очень энергичный нейтрон, энергия которого позже получена в форме тепла.Но резкая правда, нисколько не легко управлять этим процессом сплава способом, которым управляют.
Одобренный метод потока должен использовать реактор, названный токамаком, использующим сильные электромагниты для ограничения плазмы в корпусе ядерного реактора формы пончика. Магниты стремятся держать плазму далеко от стен судна достаточно долго для ядер для плавления, но плазма может часто перемещаться вокруг непредсказуемыми способами. Если плазма касается стены, это может охладить его к ниже температуры реакции и также обыскивать от атомов подкладочного материала, отравляющих реакцию сплава. И тритий является радиоактивным изотопом, который реакторные операторы должны объяснить очень тщательно.
Любой тритий, включающий себя в реакторную стену, должен быть кропотливо извлечен.Никакой реактор сплава еще не произвел больше энергии, чем было вставлено для нагревания плазмы во-первых.
Но у исследователей есть большие надежды на ПРОХОД, крупный реактор с предполагаемым ценником целых $20 миллиардов, теперь строящимся на юге Франции Китаем, Европейским союзом, Индия, Японией, Россией, Южной Кореей и США.Наиболее распространенная реакторная подкладка, известная как первая стена, в более ранних реакторах сплава, была углеродом, потому что это является чрезвычайно стойким к высоким температурам и эрозии и не загрязняет плазмы, если атомы действительно входят в него.
Большой недостаток углерода – то, что очень радо абсорбировать дейтерий и тритий. Для ПРОХОДА, первый реактор, который будет использовать тритий регулярно, поглощение трития должно быть сведено к минимуму, таким образом, углерод отсутствует.
Так как никакой совершенный материал не существует, план состоит в том, чтобы поставить под угрозу и использовать два различных материала. Большая часть первой стены была бы покрыта бериллием, который является наименее загрязняющим плазму металлом, но имеет низкую точку плавления, если это входит в контакт с плазмой. У основания торуса структура, названная молниеотводом, походящим на выхлопную трубу реактора, потому что это извлекает гелий из плазмы. Молниеотвод находится сознательно в контакте с плазмой и так нуждается в более жестком покрытии.
Для этого план состоит в том, чтобы использовать вольфрам, который может противостоять теплу в диверторном регионе — ниже, чем в большой части плазмы — но если некоторые действительно становятся разрушенными далеко, это отравляет плазму довольно плохо.Элементы вольфрама молниеотвода «разработаны для обработки устойчивых тепловых потоков, вдвое более больших, чем испытанные носовым обтекателем Шаттла на возвращении в атмосферу Земли», говорит физик Ричард Питтс, лидер Plasma-Wall Interaction and Divertor Physics Group в ПРОХОДЕ. Реакторные проектировщики хотят, чтобы молниеотвод пережил много лет плазменной операции перед заменой, которая является основной операцией. «Необходимость заменить молниеотвод означает, что Вы должны были бы прекратить делать плазму и затем послать в роботах, потому что внутренняя часть судна стала радиоактивной. Эта удаленная обработка является трудным и медленным процессом, который потребует 6 – 12 месяцев на ПРОХОДЕ», говорит Питтс, не вовлеченный в новое исследование.
Это – то, почему бригада ПРОХОДА хотела абсолютно убедиться, что их предложенная подкладка будет работать. Чтобы сделать это, они включили в список помощь РЕАКТИВНОГО САМОЛЕТА, реактор, построенный в 1980-х и текущий рекордсмен сплава для энергетической продуктивности — 16 мегаватт. «На самом деле РЕАКТИВНЫЙ САМОЛЕТ супер важен для ПРОХОДА», говорит Питтс. Это – ключевая экспериментальная окружающая среда для испытания материалов и процессов для реактора. Во время новой перестройки РЕАКТИВНОГО САМОЛЕТА, продлившейся с мая 2010 до мая 2011, компоненты для внутренней стены его судна, а также молниеотвода — ранее сделанный в основном из углерода — были заменены запланированными ПРОХОД: тысячи бериллиевых плиток для стены и элементов вольфрама для молниеотвода.
Результаты, полученные во время эксплуатации этого обновленного Реактивного механизма, были очень положительны. Бериллиевая стена разрушала намного более медленно под влиянием плазмы, чем предыдущая углеродная стена, бригада явилась в конференцию в прошлом месяце. Но еще более важный: Это сохранило топливо при одной десятой уровень. «Топливное задержание было большой проблемой. Когда тритий от плазмы был абсорбирован углеродом, это может быть выпущено позже.
Это делает очень трудным управлять топливом в плазме», говорит де Ври РЕАКТИВНОГО САМОЛЕТА. «Еще больше общая сумма трития, сохраненного в ПРОХОДЕ, должна быть ограничена. Иначе это может быть опасным производственным фактором, и реактор должен будет быть остановлен».Существуют, однако, существенные различия масштаба между РЕАКТИВНЫМ САМОЛЕТОМ и ПРОХОДОМ, такой как в продолжительности каждого плазменного пульса.
В РЕАКТИВНОМ САМОЛЕТЕ плазма поддерживается в течение только приблизительно 40 секунд — достаточно для сбора грузов данных. ПРОХОД будет работать в пульсе по крайней мере 10 минут, что означает большее влияние на материалы, стоящие перед плазмой. Оба больший размер ПРОХОДА, а также этот более длинный пульс неизбежно приведут к диверторным материалам, засыпаемым еще многими частицами во время их срока службы. «Молниеотвод в ПРОХОДЕ поймает больше частиц через один день операции, чем тот же компонент в РЕАКТИВНОМ САМОЛЕТЕ имеет за десятилетие», говорит Питтс ПРОХОДА.
Поэтому голландский Институт Фундаментального энергетического Исследования построил устройство под названием Винная-бутыль-PSI. Это – единственная машина в мире, в котором может выставить испытательную поверхность непрерывному потоку частиц, ожидаемых в молниеотводе ПРОХОДА, с присутствием очень сильного магнитного поля, как в ПРОХОДЕ.РЕАКТИВНЫЙ САМОЛЕТ теперь временно из обслуживания, в то время как плитки бериллия от общей подкладки и вольфрама от молниеотвода удалены манипулятором, который будет придирчиво изучен для характеров проявления эрозии.
Это запустит снова в начале 2013 года. Тогда исследователи надеются попытаться сознательно плавить часть вольфрама для наблюдения то, что происходит. «Мы надеемся, что низкие уровни ущерба молниеотводу могут быть допущены плазмой.
Это – наше самое большое неизвестное в планировании запустить ПРОХОД с диверторными целями вольфрама», говорит Питтс.