Studený sprej tantalu zvyšuje potenciál komor fúzního reaktoru

Uvnitř jaderných fúzních reaktorů jsou násilná a chaotická místa. Nový povlak stříkaný za studena může odebírat teplo a zároveň zachycovat některé nepoctivé vodíkové částice, což potenciálně vytváří menší a lepší plazmové komory.

Zatímco jaderná fúze je stále ve velmi experimentální fázi, spuštění největšího a nejpokročilejšího fúzního reaktoru tokamaku na světě v Japonsku tento měsíc ukazuje, že technologie se neustále posouvá od teorie k realitě.

Při fúzních reakcích je ionizovaný vodíkový plyn známý jako plazma vystaven úrovním tlaku a tepla, které jsou stejné jako ve středu Slunce. To způsobí, že se atomová jádra spojí a uvolní obrovské množství čisté energie.

Vytvoření komor, které udržují plazmu potřebnou pro fúzi, bylo výzvou kvůli extrémním úrovním tepla a tlaku, které potřebují dosáhnout. Dalším problémem tohoto procesu je, že někdy mohou být atomy vodíku neutralizovány a uniknout z plazmy, což oslabuje jeho účinnost.

„Tyto vodíkově neutrální částice způsobují ztráty energie v plazmatu, takže je velmi náročné udržet horké plazma a mít účinný malý fúzní reaktor,“ řekl Mykola Ialovega, postdoktorand v oboru jaderného inženýrství a inženýrské fyziky na University of Wisconsin. Madison (UW-Madison). Ialovega vedla výzkum povlaku, který prokázal schopnost obložit komory fúzního reaktoru a zachytit tento nepoctivý vodík.

Povlak je vyroben z kovového tantalu, který odolává extrémně vysokým teplotám. Tantal byl nastříkán za studena na nerezovou ocel a podroben podmínkám podobným fúzi, ve kterých fungoval obdivuhodně.

V procesu studeného nástřiku byly částice tantalu nastříkány na nerezovou ocel, kde se zploštily jako palačinky. I když je tímto způsobem vyhlazen, stále existuje malá hranice mezi každou částicí, která, jak vědci zjistili, byla ideálním kanálem pro zachycení bludných částic vodíku. Když byla nastříkaná ocel vystavena ještě vyšším teplotám, uvolnily se zachycené částice vodíku, což ve skutečnosti obnovilo materiál, takže jej bylo možné opakovaně použít.

Výzkumný tým chválí nejen schopnost povlaku opakovaně zachytit a uvolňovat vodík a přitom odolávat náporovému teplu a tlaku, ale také jeho snadné použití.

„Další velkou výhodou metody studeného nástřiku je to, že nám umožňuje opravit součásti reaktoru na místě nanesením nového nátěru,“ řekl Ialovega. „V současné době je často nutné odstranit poškozené součásti reaktoru a nahradit je zcela novou částí, což je nákladné a časově náročné.“

Tým plánuje použít povlak na Wisconsin HTS Axisymmetric Mirror (WHAM), experimentálním zařízení, které si může najít cestu do fúzní elektrárny nové generace, kterou plánuje Realta Fusion, vedlejší produkt UW-Madison.

„Vytvoření žárovzdorného kovového kompozitu s těmito vlastnostmi dobře řízené manipulace s vodíkem v kombinaci s odolností proti erozi a obecnou odolností materiálu je průlomem pro návrh plazmových zařízení a systémů fúzní energie,“ řekl Oliver Schmitz. „Vyhlídka na změnu slitiny a zahrnutí dalších žáruvzdorných kovů pro vylepšení kompozitu pro jaderné aplikace je obzvláště vzrušující.“

Schmitz je profesorem jaderného inženýrství a technické fyziky na UW-Madison a spoluautorem článku popisujícího zjištění, která byla publikována v časopise Physica Scripta.

Zdroj: University of Wisconsin-Madison