Dankzij lithium verleggen natuurkundigen de grenzen van kernfusie

Onderzoekers van het Plasma Physics Laboratory (PPL), een van de prestigieuze laboratoria van Princeton University, presenteerden onlangs een nieuw concept dat zou kunnen bijdragen aan een grote revolutie op energiegebied. Ze toonden aan dat het materiaal dat typisch wordt geassocieerd met batterijen ook de stabiliteit van tokamaks, de experimentele reactoren waarin onderzoekers kernfusie tot volwassenheid proberen te brengen, aanzienlijk kan verbeteren.

Het doel van deze machines, zoals ITER, is eigenlijk… Minizon koken. Om dit te bereiken vangen ingenieurs plasma op dat is verhit tot duivelse temperaturen (meestal meer dan 100 miljoen graden) in de reactorzone. Het probleem is dat er geen object is dat zo'n oven kan ondersteunen. In plaats van te wachten op een potentiële revolutie in de materiaalkunde, kozen ze ervoor om krachtige magnetische spoelen te gebruiken om dit materiaal van geladen deeltjes op goede afstand van de wanden te houden.

Plasma temmen, een van de sleutels tot fusie

Dit concept is in theorie zeer elegant en zeer gedegen, maar als het om zaken gaat, is het een ander verhaal. Want als de mechanismen van kernfusie vandaag de dag paradoxaal genoeg bekend zijn, Plasma is een vreselijk wispelturig dier. Het is moeilijk om het constant te houden om de reactie gedurende een lange periode vol te houden.

Deze fluctuatie is grotendeels te wijten aan een fenomeen dat optreedt aan de grenzen van de plasmapocket. Tijdens de interactie tussen tritium- en deuteriumatomen, het paar elementen dat in de tokamak is versmolten, kunnen verschillende processen leiden tot de productie van waterstofatomen. Nu zijn deze atomen elektrisch neutraal; Daarom wordt het niet blootgesteld aan het magnetische veld dat het plasma opsluit. Daarom zijn ze vrij om dit te doen Ze migreren naar buiten voordat ze tegen de reactorwanden stuiteren. Wanneer het terugkeert naar het plasma, destabiliseert het het, wat de efficiëntie van de reactie ernstig beïnvloedt.

Daarom onderzoeken onderzoekers verschillende benaderingen om dit mengsel van extreem hete ionen te temmen. In 2022 introduceerde DeepMind bijvoorbeeld een nieuwe aanpak op basis van kunstmatige intelligentie. De onderzoekers gebruikten een paar machine learning-algoritmen om verschillende plasmaconfiguraties te onderzoeken, om zo de meest stabiele te identificeren.

Lithium, een hulpmiddel voor plasmabescherming

De Volkskrachten van de Volksbevrijdingsmacht kozen op hun beurt een ander idee om dit op te baseren Lithium. Dit alkalimetaal is beroemd op een ander energiegebied; Het is een cruciaal onderdeel van de kathode van Li-ion-batterijen die de meeste van onze elektronische apparaten van stroom voorzien. Maar de auteurs leggen uit dat dit materiaal nog een andere zeer nuttige eigenschap heeft: het is in staat waterstofatomen met een enorme efficiëntie op te vangen.

Daarom bedekten onderzoekers van Princeton de wanden van de kleine PPL-tokamak, LTX-β genaamd, met een laag vloeibaar lithium. Dankzij deze coating hoopten ze Leg die rondzwervende waterstofatomen vast Om te voorkomen dat ze terug in het plasma stuiteren en de goede voortgang van de reactie verstoren. De resultaten bleken erg interessant.

Om de stabiliteit van een reactie te schatten, vertrouwen natuurkundigen gedeeltelijk op… Temperatuur verschil Tussen de kern en de rand van het plasma. Naarmate deze stijgt, wordt de reactie moeilijk onder controle te houden en dreigt terug te vallen. De temperatuur in de oceaan hangt echter nauw samen met de dichtheid van neutrale deeltjes (in dit geval de beroemde waterstofatomen) aan de plasmagrens. Nadat een bepaald aantal neutrale deeltjes zich aan de rand van het plasma bevinden, daalt de lokale temperatuur en wordt het systeem gedestabiliseerd, wat de integriteit van het plasma in gevaar brengt en ervoor kan zorgen dat de reactie afneemt.

Door hun experimenten hebben onderzoekers van PPL waargenomen dat lithiumcoating het mogelijk maakt om de neutrale deeltjesdichtheid aanzienlijk te verminderen, wat resulteert in een meer uniforme temperatuur van het ene uiteinde van het plasma naar het andere. Zo krijgen we een veel stabielere reactie.

Een nieuwe stap richting bedrijfsintegratie

Dit betekent niet noodzakelijkerwijs dat grotere reactoren zoals ITER zullen moeten worden aangepast om een ​​laag lithium toe te voegen. Als dit werk veelbelovend is, komt dat vooral omdat het de onderzoekers de mogelijkheid gaf dit te doen Meet nauwkeurig de neutrale deeltjesdichtheidsdrempel waarboven de interactie wordt gedestabiliseerd. Afhankelijk van deze waarde kunnen andere onderzoekers dat ook doen Voeg voldoende brandstof toe aan de reactoren Om de hoeveelheid neutrale deeltjes op een acceptabel niveau te houden, wat de stabiliteit van het systeem aanzienlijk zou verbeteren.

Het is duidelijk dat we nog lang niet weten hoe we een kleine kunstmatige zon naar onze hand kunnen zetten. En om eerlijk te zijn, er is niet eens een garantie dat we het zullen waarmaken. Maar het is dit soort werk dat ons in staat zal stellen vooruitgang te blijven boeken.

Het zal dus interessant zijn om ander werk van de PPL en andere instellingen die met tokamak werken te volgen, omdat de ontbrekende stukjes van deze puzzel die onze beschaving volledig zouden kunnen transformeren ongetwijfeld uit hun bijdragen zullen komen.

De tekst van het onderzoek is beschikbaar hier.

🟣 Abonneer u op om geen enkel nieuws over Journal du Geek te missen Google Nieuws. En als je ons leuk vindt, hebben we elke ochtend een nieuwsbrief.