Lithium, het lichte zilverachtige metaal dat in alles wordt gebruikt, van farmaceutische toepassingen tot batterijen die uw smartphone of elektrische auto van stroom voorzien, zou ook kunnen helpen om op aarde de fusie-energie te benutten die de zon en de sterren verlicht. Lithium kan de warmte vasthouden en de muren beschermen in donutvormige tokamaks die fusiereacties huisvesten, en zal worden gebruikt om tritium te produceren, de waterstofisotoop die zich zal combineren met zijn neef deuterium om fusie in toekomstige reactoren van brandstof te voorzien.

Bij het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE), onderzoekers hebben een driejarige upgrade voltooid van het Lithium Tokamak-experiment - nu het Lithium Tokamak-experiment-Beta (LTX-β) genoemd - een uniek apparaat dat het vermogen van het metaal om de warmte vast te houden en de muren van de nu te beschermen zal testen -krachtigere tokamak.

Neutrale straalinjector

De upgrade, gefinancierd door het DOE Office of Science, een neutrale straalinjector geïnstalleerd - in langdurig bruikleen van Tri Alpha Energy, nu TAE Technologies - om te verwarmen, brandstof en verhoogt de dichtheid van het plasma. Andere verbeteringen zijn onder meer een toename van het magnetische veld dat het plasma opsluit, en installatie van nieuwe lithiumsystemen. De verbeteringen brengen de omstandigheden in het experiment dichter bij die in een fusiereactor, zei Dick Majeski, hoofdonderzoeker van het experiment.

Het nieuwe apparaat, die een coating van lithium gebruikt om de binnenwand van de kleine tokamak te bedekken, was voorafgaand aan de upgrade de eerste die de temperatuur constant hield van de hete, centrale kern van het plasma naar de normaal koele buitenrand. "De machine is nu klaar om alle mogelijkheden van de upgrade te benutten, " zei Phil Efthimion, hoofd van de eenheid Plasma Science and Technology van PPPL, die toezicht houdt op het experiment.

Fusion combineert lichte elementen in de vorm van plasma - het hete, geladen toestand van materie bestaande uit vrije elektronen en atoomkernen - die enorme hoeveelheden energie genereert. Wetenschappers proberen fusie op aarde na te bootsen voor een vrijwel onuitputtelijke stroomvoorziening om elektriciteit op te wekken.

Om de upgrade te voltooien, het team produceerde 500 kilowatt neutraal straalvermogen terwijl het de sterkte van het magnetische veld dat het plasma opsluit met tweederde verhoogde, en het bedekken van de wanden van de tokamak met een lithiumcoating; het schijnbaar magische metaal absorbeert verdwaalde plasmadeeltjes en zorgt ervoor dat ze niet terugkaatsen in de kern van het plasma en het afkoelen. Het team verhoogde het neutrale straalvermogen verder tot meer dan 600 kilowatt, het verwarmingsvermogen van de machine met een factor 10 verhogen.

Nog steeds een goede opsluiting behouden?

De volgende test is of de verbeterde machine een goede opsluiting en constante temperatuur kan behouden in veel hetere plasma's, met sterkere magnetische velden. De bundelupgrade zorgt ervoor dat de dichtheid niet daalt en laat zien of het hetere en energiekere plasma nog steeds kan worden gecontroleerd.

De bouw van de upgrade vereiste stappen die de installatie van een sterkere voeding en een nieuwe lithiumverdamper omvatten en was "een moeilijke taak om te volbrengen, " Zei Majeski. "Iedereen heeft heel hard gewerkt. We hebben veel hulp gekregen van het NSTX-U [National Spherical Torus Experiment-Upgrade]-engineeringteam van het laboratorium." Tom Kozub van het team hield toezicht op de technische inspanningen en natuurkundige Dennis Boyle leidde het apparaat toen het aan de operationele vereisten voldeed.

Aan de LTX-β werken wetenschappers van acht onderzoekscentra in het hele land samen:Oak Ridge en Lawrence Livermore National Laboratories; Princeton Universiteit; Universiteit van Californië, Los Angeles; Universiteit van Wisconsin-Madison; Universiteit van Washington; en Universiteit van Tennessee, Knoxville.