پاشیدن پودر بور در راکتورهای هسته‌ای برای جلوگیری از اتلاف انرژی

این تکنیک نتایج امیدوارکننده‌ای در راکتورهای همجوشی در سرتاسر جهان، از جمله در چین، آلمان و ایالات متحده نشان داده است. جلوگیری از ورود اتم‌های تنگستن به پلاسما یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های راکتورهای همجوشی هسته‌ای مدرن است و محققان در آزمایشگاه فیزیک پلاسما پرینستون (PPPL) ممکن است راه حلی برای این مشکل پیدا کرده باشند.

به گزارش دپارتمان اخبار علمی رسانه فناوری تکنا، این کشف که از پودر بور برای محافظت از دیواره‌های توکامک در برابر حرارت شدید همجوشی استفاده می‌کند، یک استراتژی مؤثر برای دستیابی به انرژی همجوشی پایدار ارائه می‌دهد. این خبر در یک بیانیه مطبوعاتی PPPL و وزارت انرژی ایالات متحده که روز دوشنبه منتشر شد، اعلام شده است.

فلوریان افنبرگ، فیزیک‌دان پژوهشگر در PPPL، در این بیانیه گفت: «ما یک روش جدید برای درک رفتار مواد بور تزریق شده در پلاسما همجوشی و نحوه تعامل آن با دیواره‌های راکتورهای همجوشی برای حفظ وضعیت خوب آنها در حین عملکرد توسعه داده‌ایم. این پیشرفت می‌تواند تأثیر قابل توجهی بر راکتورهای همجوشی آینده، مانند راکتور تجربی ترمونوکلئاری بین‌المللی (ITER) در فرانسه، بزرگ‌ترین آزمایش همجوشی جهان، داشته باشد. انرژی همجوشی، که مدت‌ها به عنوان سنگ جواهر انرژی پاک و نامحدود پایدار شناخته شده، نیاز به دماهای بسیار بالا برای حفظ پلاسما، گاز داغ در قلب واکنش دارد. به همین دلیل، تنگستن که ماده‌ای ترجیحی برای راکتورهای همجوشی است، به عنوان یک انتخاب خوب به دلیل مقاومتش در نظر گرفته می‌شود. با این حال، اتم‌های تنگستن می‌توانند جدا شده و وارد پلاسما شوند و فرآیند همجوشی را سرد کنند.

تحقیقات جدید نشان می‌دهد که افزودن پودر بور به راکتور هسته‌ای می‌تواند به عنوان یک لایه حفاظتی بر روی دیواره‌های تنگستن عمل کند و مانعی ایجاد کند که از فرار اتم‌ها به پلاسما جلوگیری کند. متخصص ارشد علم توکامک در PPPL ادعا می‌کند که بور مانند یک «نمک‌پاش» عمل می‌کند تا دیواره‌های تنگستن را در محل نگه دارد.

جوزف اسنایپس، معاون رئیس علوم تجربی توکامک، گفت: «بور به صورت پودر مانند نمک از نمک‌پاش به پلاسما توکامک پاشیده می‌شود، که در لبه پلاسما یونیزه شده و سپس بر روی دیواره‌های داخلی توکامک و منطقه تخلیه رسوب می‌کند. او افزود: «پس از پوشش با یک لایه نازک از بور، این ماده مانع ورود تنگستن به پلاسما و تابش انرژی پلاسما می‌شود. این تکنیک قبلاً نتایج امیدوارکننده‌ای در راکتورهای همجوشی در سرتاسر جهان نشان داده است، از جمله در چین، آلمان و ایالات متحده. طبق گفته محققان، این روش همچنین می‌تواند زمانی که راکتور فعال است استفاده شود.

دانشمندان PPPL یک چارچوب مدل‌سازی کامپیوتری پیشرفته ایجاد کرده‌اند تا رفتار بور را در راکتورهای همجوشی بررسی کنند بدون اینکه نیاز به انجام آزمایش‌ها باشد. این چارچوب نوآورانه که توسط افنبرگ و تیمش طراحی شده است، هر مرحله از فرآیند را مدل‌سازی می‌کند، از جمله نحوه تعامل بور با پلاسما و دیواره‌های راکتور. افنبرگ توضیح داد: «یک مدل رفتار پلاسما را شبیه‌سازی می‌کند، مدل دیگر نحوه حرکت و تبخیر ذرات پودر بور در پلاسما را نشان می‌دهد و مدل سوم بررسی می‌کند که چگونه ذرات بور با دیواره‌های توکامک تعامل دارند، از جمله اینکه چگونه چسبیده، ساییده و با سایر مواد مخلوط می‌شوند. او افزود: «این بینش‌ها برای بهینه‌سازی استراتژی‌های تزریق بور به منظور دستیابی به شرایط دیواره‌ای مؤثر و یکنواخت در ITER و سایر راکتورهای همجوشی حیاتی هستند.»