Een groot probleem bij het exploiteren van ringvormige fusie-installaties, bekend als tokamaks, is het plasma dat fusiereacties voedt, vrij te houden van onzuiverheden die de efficiëntie van de reacties zouden kunnen verminderen. Nutsvoorzieningen, wetenschappers van het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) hebben ontdekt dat het strooien van een soort poeder in het plasma kan helpen bij het benutten van het ultrahete gas in een tokamak-faciliteit om warmte te produceren om elektriciteit te creëren zonder een kas te produceren gassen of langdurig radioactief afval.

Fusie, de kracht die de zon en de sterren aandrijft, 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.

"Het belangrijkste doel van het experiment was om te zien of we een laag boor konden neerleggen met behulp van een poederinjector, " zei PPPL-natuurkundige Robert Lunsford, hoofdauteur van de paper die de resultaten rapporteert in Kernfusie . "Tot dusver, het experiment lijkt succesvol te zijn geweest."

¬Het boor voorkomt dat een element dat bekend staat als wolfraam uit de tokamak-wanden in het plasma lekt, waar het de plasmadeeltjes kan afkoelen en fusiereacties minder efficiënt kan maken. Een laag boor wordt aangebracht op naar plasma gerichte oppervlakken in een proces dat bekend staat als "boronisatie". Wetenschappers willen het plasma zo heet mogelijk houden - minstens tien keer heter dan het oppervlak van de zon - om de fusiereacties en dus de warmte om elektriciteit op te wekken te maximaliseren.

Het gebruik van poeder voor boronisatie is ook veel veiliger dan het gebruik van een boorgas dat diboraan wordt genoemd. de methode die vandaag wordt gebruikt. "Diboraangas is explosief, dus iedereen moet tijdens het proces het gebouw met de tokamak verlaten, " zei Lunsford. "Aan de andere kant, als je wat boorpoeder in het plasma zou kunnen laten vallen, dat zou een stuk gemakkelijker te beheren zijn. Hoewel diboraangas explosief en giftig is, boorpoeder is inert, " voegde hij eraan toe. "Deze nieuwe techniek zou minder opdringerig en zeker minder gevaarlijk zijn."

Een ander voordeel is dat terwijl natuurkundigen tokamak-operaties moeten stoppen tijdens het boorgasproces, boriumpoeder kan aan het plasma worden toegevoegd terwijl de machine draait. Deze functie is belangrijk omdat, om een ​​constante stroombron te leveren, toekomstige fusie-installaties zullen lang moeten blijven draaien, ononderbroken perioden. "Dit is een manier om bij een stationaire fusiemachine te komen, "Zei Lunsford. "Je kunt meer boor toevoegen zonder de machine volledig uit te schakelen."

Er zijn nog andere redenen om een ​​poederdruppelaar te gebruiken om de binnenoppervlakken van een tokamak te coaten. Bijvoorbeeld, de onderzoekers ontdekten dat het injecteren van boorpoeder hetzelfde voordeel heeft als het opblazen van stikstofgas in het plasma - beide technieken verhogen de warmte aan de plasmarand, wat vergroot hoe goed het plasma opgesloten blijft in de magnetische velden.

De poederdruppeltechniek geeft wetenschappers ook een gemakkelijke manier om fusieplasma's met een lage dichtheid te maken, belangrijk omdat een lage dichtheid het mogelijk maakt om plasma-instabiliteiten te onderdrukken door magnetische pulsen, een relatief eenvoudige manier om fusiereacties te verbeteren. Wetenschappers kunnen op elk moment poeder gebruiken om plasma's met een lage dichtheid te maken, in plaats van te wachten op een gasvormige boronisatie. Door op deze manier gemakkelijk een breed scala aan plasmacondities te kunnen creëren, zouden natuurkundigen het gedrag van plasma grondiger kunnen onderzoeken.

In de toekomst, Lunsford en de andere wetenschappers in de groep hopen experimenten uit te voeren om te bepalen waar, precies, het materiaal gaat nadat het in het plasma is geïnjecteerd. Natuurkundigen veronderstellen momenteel dat het poeder naar de boven- en onderkant van de tokamak-kamer stroomt, op dezelfde manier als het plasma stroomt, "maar het zou handig zijn om die hypothese te laten staven door modellering, zodat we de exacte locaties in de tokamak weten die de boorlagen krijgen, ' zei Lunsford.