Rachel Kremen, Princeton Universiteti

Gaby Clark tərəfindən redaktə edilmişdir , Andrew Zinin tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriTokamak füzyon sisteminin içərisində plazma və divar arasındakı qarşılıqlı əlaqənin rəssamın şərhi. Litium yaşıl, yanacaq qırmızı, tokamak divarını təşkil edən atomlar isə mavi rənglə göstərilmişdir. Kredit: Kyle Palmer / PPPL Rabitə Departamenti

Litium, tokamaks kimi tanınan gələcək kommersiya füzyon elektrik stansiyalarının əsas tərkib hissəsi hesab olunur və prosesi artırmaq üçün bu metaldan istifadə etməyin bir neçə yolu var. Ancaq əsas sual qaldı: Tokamakların divarlarında sıxışan yanacağın miqdarına nə qədər təsir edir?

Doqquz qurumu əhatə edən qlobal əməkdaşlığın yeni araşdırmasına görə, yanacağın saxlanmasının əsas sürücüsü birgə çökmədir: yanacağın litiumla birlikdə tutulduğu proses. Plazma əməliyyatları zamanı birbaşa əlavə edilən litium və ya əvvəllər divarlara çökdürülmüş litium ilə birlikdə çökmə baş verə bilər, ancaq köhnəlir və yenidən çökdürülür.

Tədqiqat həmçinin göstərdi ki, əməliyyat zamanı litiumun əlavə edilməsi, plazmanın nüvəsindən onun kənarına qədər bərabər temperatur yaratmaq baxımından divarları litiumla əvvəlcədən örtməkdən daha effektivdir ki, bu da kommersiya sintezi üçün lazım olan sabit plazma şəraitini yaratmağa kömək edə bilər.

Bu yeni araşdırma, kommersiya füzyon sistemlərində mürəkkəb mühiti daha çox əks etdirən anlayışlar təklif edərək, tokamakdakı litium divar davranışını araşdıraraq əvvəlki işlərdən kənara çıxır. Anlayışlar gələcək tokamaklara nadir və vacib füzyon yanacağı olan tritiumu daha yaxşı idarə etməyə kömək edə bilər.

Nüvə Materialları və Enerji jurnalında nəşr olunan tədqiqat, füzyon reaksiyası zamanı plazmaya vurulan litium tozu ilə füzyon əməliyyatı başlamazdan əvvəl bir tokamak daxilində tətbiq olunan litium örtüklərinin tutduğu yanacağın miqdarını birbaşa müqayisə edən ilk tədqiqatdır. Bu orta əməliyyat litium toz enjeksiyonu əsasən plazma ilə üzbəüz səthləri yaxşılaşdırmaq və tokamakın divarlarından və plazmaya daxil olan arzuolunmaz materialın miqdarını azaltmaq üçün qoruyucu örtük kimi istifadə olunur. O, həm də təbii olaraq birgə çökməni stimullaşdırır.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=308666314&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1753859299&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-07-lithium-walls-tritium-fusion-reactors.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM4LjAuNzIwNC4xNjkiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90KUE7QnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzOC4wLjcyMDQuMTY5Il0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTM4LjAuNzIwNC4xNjkiXV0sMF0.&dt=1753859299730&bpp=2&bdt=137&idt=-M&shv=r20250728&mjsv=m202507220101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1753859179%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1753859179%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3D1241933dda87baba%3AT%3D1750839581%3ART%3D1753859179%3AS%3DAA-AfjZwPuiSAour3k16ZA1JtXua&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=4272492417352&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=4&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=1904&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31093671%2C95362655%2C95366794%2C95366913%2C95366846%2C95359266%2C95367169&oid=2&pvsid=6251659568413478&tmod=1347211033&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fpage3.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=115

Tədqiqat, həmçinin plazma çəkilişindən əvvəl tətbiq olunan litium örtüyünün qalınlığının nə qədər yanacağın tutulmasına əhəmiyyətli dərəcədə təsir etmədiyini müəyyən etdi. Tədqiqatın aparıcı müəllifi və Hollandiya Fundamental Enerji Tədqiqatları İnstitutunun (DIFFER) və Eyndhoven Texnologiya Universitetinin doktorluq dərəcəsinə namizədi Maria Morbey, “Bu örtüklərin əlavə qalınlaşmasının az təsiri olduğu ortaya çıxdı” dedi. “Yanacaq tutulmasının çox hissəsi plazma atışı zamanı litium əlavə edildikdə baş verir – əvvəlcədən deyil.”

ABŞ Enerji Departamentinin (DOEP) Prinsipcə Tədqiqat Laboratoriyasının (DOEP) supertədqiqatçısı olan Florian Effenberg, “Biz tokamakları yüksək eroziya və istehsal olunan toz səbəbindən qrafit divarlardan uzaqlaşdırarkən və volfram kimi divar materiallarına doğru köçürdükdə, plazmanın qaynar nüvəsinin onlara daha yaxşı dözməsi üçün bu divarları kondisioner etmək üçün bir yol tapmalıyıq” dedi.

Litium iş üçün əsas namizəddir, Effenberg, toz enjeksiyonunun tam maye litium divarlarına doğru praktik bir körpü təklif etdiyini qeyd etdi. PPPL-nin Milli Sferik Torus Təcrübəsinin Təkmilləşdirilməsinə (NSTX-U) potensial olaraq litium injektorunu və nəhayət, maye litium plazma ilə üzbəüz komponentləri daxil etmək planı hazırlanır. Laboratoriya həmçinin NSTX-U-nun dizaynı əsasında Sferik Tokamak Qabaqcıl Reaktor (STAR) adlı tokamak üzərində işləyir.

Litium tədqiqatlarında lider olan PPPL-dən olan digər tədqiqatçılarla yanaşı, komandaya DIFFER, Eindhoven Texnologiya Universiteti, General Atomics, Sandia Milli Laboratoriyaları, Auburn Universiteti, Tennessi-Knoxville Universiteti, Kaliforniya-San Dieqo Universiteti və DOE-nin Lawrence Livermore Milli Laboratoriyasından (LLNL) insanlar daxil idi.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .

Maye metal istilik qoruyucusu

Litium əriyə bilər, qaynaşma qabının daxili komponentləri üzərində özünü bərpa edən təbəqə yaradır. Bu qoruyucu təbəqə günəşin nüvəsindən daha isti temperaturlara çatdığı üçün plazma ilə birbaşa üzbəüz olan bəzi hissələri onun intensiv və potensial zərərli istiliyindən qorumağa kömək edə bilər. Birləşmə qabının divarının temperaturu kifayət qədər yüksək olarsa, litium qaz və ya buxar qalxanı meydana gətirərək damar divarını da qoruya bilər.

“Litium divarları, yanacaq atomlarının əks olunmaq əvəzinə udulduğu bir mühit yaratmaq üçün qəsdən istifadə olunur, plazma kənarını sabitləşdirməyə kömək edir, plazmanın məhdudlaşdırılmasını artırır və daha yüksək güc sıxlıqlarında işləməyə imkan verir. Bunlar yığcam, daha səmərəli tokamak dizaynları üçün əsas üstünlüklərdir” dedi Effenberg.(a) t=3,5 s-də 196020 №-li çəkilişin EFIT01-dən istifadə edərək maqnit tarazlıq ayırıcısı ilə DIII-D poloidal en kəsiyi. Bu şəkildə, əsas diaqnostika onların toroidal bucağı daxil olmaqla təmsil olunur. (b) və (c) plazmaya məruz qalmadan əvvəl müvafiq olaraq DiMES baş 1 və 2. Kredit: Nüvə Materialları və Enerji (2025). DOI: 10.1016/j.nme.2025.101915

Bununla belə, eyni xüsusiyyət yanacağın, xüsusən də radioaktiv, az və sıx tənzimlənən tritiumun əhəmiyyətli dərəcədə saxlanmasına səbəb olur. Həddindən artıq tritium tutulması yanacaq əlçatanlığını azaldır, tritium yanacaq dövriyyəsini çətinləşdirir və xüsusilə də tritiumun zamanla toplana biləcəyi soyuq və əlçatmaz ərazilərdə təhlükəsizlik və əməliyyat problemləri yaradır.

Tədqiqatın nəticələri vurğulayır ki, tokamak dizaynlarında litium və yanacağın yığıla biləcəyi soyuq divar bölgələrindən qaçınmaq çox vacibdir. Axan maye litiumdan istifadə, daha yüksək divar temperaturlarının saxlanması və arzuolunmaz birgə yataqların qarşısını almaq üçün əlavə üsulların tətbiqi tritiumu daha effektiv idarə oluna və bərpa oluna bilən sahələrə yönəltməyə kömək edəcək.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=3984658916&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1753859299&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-07-lithium-walls-tritium-fusion-reactors.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM4LjAuNzIwNC4xNjkiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90KUE7QnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzOC4wLjcyMDQuMTY5Il0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTM4LjAuNzIwNC4xNjkiXV0sMF0.&dt=1753859299730&bpp=1&bdt=137&idt=-M&shv=r20250728&mjsv=m202507220101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1753859179%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1753859179%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3D1241933dda87baba%3AT%3D1750839581%3ART%3D1753859179%3AS%3DAA-AfjZwPuiSAour3k16ZA1JtXua&prev_fmts=0x0%2C750x280&nras=1&correlator=4272492417352&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=4&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=4550&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31093671%2C95362655%2C95366794%2C95366913%2C95366846%2C95359266%2C95367169&oid=2&pvsid=6251659568413478&tmod=1347211033&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fpage3.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=2&fsb=1&dtd=115

İki tətbiq texnikasını müqayisə edən möhkəm nəticələr

Tədqiqat zamanı, Kaliforniyada General Atomics tərəfindən idarə olunan bir tokamak olan DIII-D-də divar plitələrinə yerləşdirilən material nümunələrindən istifadə edərək litiumdan istifadə üçün iki yanaşma qiymətləndirildi. Birinci yanaşmada nümunələr füzyon plazmasına məruz qalmadan əvvəl əvvəlcədən litium ilə örtülmüşdür. İkinci ssenaridə, divar plitələrinə daxil edilmiş material nümunələrinə litium əlavə edildi. Eyni zamanda, onlar plazmanın üstünə litium səpən çirkli toz damcısı kimi tanınan sistemdən istifadə edərək sintez plazmasına məruz qalıblar.

Morbey, tapıntıların litium və deyteriumun birgə çökməsinin, ən azı litium bərk olduqda, mövcud litium örtüyünə nisbətən daha çox sıxılmış yanacaqla nəticələndiyini söylədi. Morbey litiumun mayeləşdirilməsi üçün qızdırılan plitələr ilə oxşar təcrübələr keçirməyi və sonra nəticələri müqayisə etməyi planlaşdırır.

“Bu addım bizi litiumun qaynaşma elektrik stansiyasında necə işlətmək istədiyimizə yaxınlaşdıracaq: maye kimi. O, axmağa başladıqdan sonra, nəhayət, termal qorunma və litium axınını yerli olaraq təmizləmək üçün bir axın yolu təmin edəcək ki, tritium yanacaq bərpa olunsun və təkrar istifadə oluna bilsin” dedi Effenberg.

Tədqiqat həm də vacibdir, çünki o, tokamakda tritiumun yığıla biləcəyi əsas sahələri müəyyən etməyə kömək edə bilər. “Biz bu soyuq nöqtələrdə yanacağın saxlanmasının qarşısını almaq üçün bir yol tapmalıyıq” dedi Morbey, məsələn, plitələr arasında və ya tokamakın egzoz sisteminin müəyyən hissələrində.

Yanacaq tələblərinin minimuma endirilməsi

Yanacağın tokamakın içərisinə necə yerləşdiyinin təfərrüatlarını başa düşmək füzyon gücü üçün lazım olan sistemləri təhlükəsiz və qənaətcil enerji mənbəyinə çevirmək üçün çox vacibdir. Bu gün tokamakların necə tərtib edildiyi, tritiumun davamlı tədarükü reaksiyanı gücləndirmək üçün vacibdir.

Lakin tritium nadirdir, radioaktivdir və nüvə reaksiyaları vasitəsilə məhdud bir sürətlə tokamakda istehsal olunur, buna görə də əhəmiyyətli miqdarda tokamakın daxili divarlarında litium örtüklərində qalsa, ideal deyil. Effenberg, bu cür tədqiqatlarda tipik olduğu kimi, tədqiqatda deyteriumdan tritium üçün bir stend kimi istifadə edildi, çünki ikisi təcrübə kontekstində eyni davranışa sahib olacaqdı.

Güclü maqnit sahələri plazmanın əsas hissəsini tokamak içərisində pişi şəklində saxlayır , lakin bəzi plazma hissəcikləri qaçır. Bu hissəciklərin çoxu plazmanı əhatə edən gəminin daxili divarlarına və ya digər komponentlərinə dəyəcək. Məsələn, bir hissəcik divara dəydikdə o, yenidən plazmaya sıçrayır və ya vurduğu hər şeydə ilişib qala bilər.

Hər bir ssenarinin üstünlükləri və mənfi cəhətləri var. Divarda ilişib qalan tritium atomu təbii olaraq yenidən plazmaya qaytarılmayacaq və daha çox enerji əldə etmək üçün istifadə edilməyəcək. Alternativ olaraq, tələyə düşmüş hissəcik birləşmə reaksiyasına mane ola bilməz. Divardan təkrar yayılan hissəciklər enerjilərini itirmiş və heç vaxt isti nüvəni tərk etməyən hissəciklərdən əhəmiyyətli dərəcədə soyuqdur. Bu soyuq təkrar emal hissəcikləri əsas plazma ilə qarışdıqda, ümumi temperatur düşə bilər. Plazma çox soyuyursa, birləşmə dayanır.

Şota Abe, Alessandro Bortolon və PPPL-dən Alexander Nagy də bu araşdırmaya öz töhfələrini verdilər, həmçinin Tayler Abrams (General Atomics), Rayan Hud (Sandia Milli Laboratoriyaları), Ulises Losada (Oburn Universiteti), Jun Ren (Tennessee-Knoxville Universiteti), Dmitry-US Simdakov, Dmitry-Simonds California (LLNL), Dinh Truong (LLNL) və Thomas Morgan (DIFFER və Eindhoven Texnologiya Universiteti).

Daha çox məlumat: M. Morbey və digərləri, DIII-D tokamakında əvvəlcədən lithiated nümunələrdə deyteriumun saxlanması və Li–D birgə yataqları, Nüvə Materialları və Enerji (2025). DOI: 10.1016/j.nme.2025.101915

Princeton Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir