Изотоп вольфрама помог найти слабые места термоядерного реактора
Термоядерные реакторы позволяют получать энергию из реакции слияния легких ядер, в результате которой образуются более тяжелые элементы. Однако для начала такой реакции требуется создать очень высокую плотность и температуру в среде. Самый перспективный вид термоядерного реактора — токамак — использует для этого мощные электромагниты и систему индукционного нагрева плазмы.
Но из-за высоких температур внутренняя оболочка реактора, созданная из тугоплавких металлов, таких как вольфрам, начинает испаряться. Из-за этого атомы составляющих ее металлов попадают в плазму, загрязняя ее и снижая время удержания. Чтобы справиться с этой проблемой, ученым необходимо знать слабые места внутренней оболочки камеры, чтобы укрепить их и не допустить попадания в плазму примесей.
Физики из Ок-Риджской национальной лаборатории решили в новом исследовании использовать для этих целей вольфрам-182. Этим изотопом авторы обогащали по очереди разные элементы внутренней части токамака DIII-D. Затем исследователи замеряли поток изотопов вольфрама через дивертор — область внутри вакуумной камеры, через которую отводятся плазма и примеси.
Ученые по очереди тестировали разные детали, обогащая их вольфрамом-182. Оказалось, что достаточно много этого элемента попадает в плазму из дальних частей реактора. Это объясняется появлением во время процесса локализованных краевых мод — явлений, похожих по своей природе на солнечные вспышки. Такие моды представляют собой мощные потоки плазмы, которые способны разрушать даже самые тугоплавкие материалы.
Кроме того, ученые показали, что больше всего вольфрама образуется в самом диверторе, даже несмотря на то, что потоки плазмы в нем слабее воздействующих на внутреннюю стенку реактора. Результаты своего исследования физики планируют использовать для улучшения оболочки строящегося термоядерного реактора ИТЭР.
