پاشیدن پودر بور در راکتورهای هستهای: راهکاری نوین برای پیشگیری از اتلاف انرژی در همجوشی

پاشیدن پودر بور در راکتورهای هستهای راهکاری نوین برای پیشگیری از اتلاف انرژی در همجوشی, محققان آزمایشگاه فیزیک پلاسما پرینستون (PPPL) روشی پیشگامانه را برای مقابله با یکی از چالشهای اصلی راکتورهای همجوشی هستهای، یعنی ورود اتمهای تنگستن به پلاسما، معرفی کردهاند. این تکنیک که بر پایه پاشیدن پودر بور در محیط راکتور است، نتایج امیدوارکنندهای در آزمایشگاههای پیشرفته چین، آلمان و ایالات متحده به ثبت رسانده است.

مکانیزم حفاظتی پودر بور در برابر حرارت شدید طبق بیانیهای که از سوی PPPL و وزارت انرژی آمریکا منتشر شده، تزریق پودر بور باعث شکلگیری یک لایه نازک و حفاظتی بر روی دیوارههای داخلی توکامکهای ساخته شده از تنگستن میشود. این لایه در عمل مانعی قوی در برابر فرار اتمهای تنگستن به سمت پلاسما داغ عمل کرده و از سرد شدن عکسالعمل همجوشی و اتلاف انرژی جلوگیری میکند.

تشبیه عملکرد بور به نمکپاش جوزف اسنایپس، معاون رئیس علوم تجربی توکامک، عملکرد این ماده را به یک نمکپاش تشبیه کرده است. به گفته او، ذرات بور همانند نمک به لبه پلاسما پاشیده شده، یونیزه میشوند و بر روی سطوح داخلی و ناحیه تخلیه رسوب میکنند. این پوشش نازک، دیوارههای تنگستن را در محل خود تثبیت کرده و از آلودگی پلاسما و تابش انرژی مزاحم جلوگیری میکند.

امکان بهرهبرداری در حین فعال بودن راکتور نکته برجسته این روش، قابلیت اجرا در زمان واقعی و در حین کارکرد راکتور است. محققان تأکید دارند که این استراتژی میتواند تأثیر قابلتوجهی بر روی راکتورهای نسل آینده، به ویژه راکتور تجربی ترمونوکلئاری بینالمللی (ITER) در فرانسه، بگذارد و مسیر دستیابی به انرژی همجوشی پایدار و تمیز را هموار سازد.

مدلسازی کامپیوتری پیشرفته برای بهینهسازی تیم علمی به رهبری فلوریان افنبرگ یک چارچوب مدلسازی چندمرحلهای نوآورانه توسعه داده تا رفتار ذرات بور در محیط پلاسما را بدون نیاز به آزمایشهای پرهزینه پیشبینی کند. این سیستم شامل سه مدل مجزا است شبیهسازی حرکت پلاسما، محاسبه پویایی تبخیر و جابجایی ذرات پودر، و تحلیل تعامل ذرات با دیوارهها (چسبندگی، سایش و ترکیب با سایر مواد).

بینشهای حاصل از این مدلها برای بهینهسازی استراتژیهای تزریق در ITER و راکتورهای تجاری آتی حیاتی تلقی میشود.