Инженери от Университета на Уисконсин-Медисън са разработили нова технология, която обещава да направи комерсиалните реактори за ядрен синтез една стъпка по-близо до реалността.

Ядреният синтез е процес, който създава енергия по същия начин, както нашето Слънце. При него два атома се сблъскват с такава сила, че се обединяват в един по-голям атом, при което се отделя огромно количество енергия.

За разлика от ядреното делене - ядрената реакция, която понастоящем се използва в енергийния сектор - при термоядрения синтез не се създават радиоактивни отпадъци. Той произвежда три до четири пъти повече енергия от деленето и не отделя въглероден диоксид в атмосферата за разлика от изгарянето на изкопаеми горива. Термоядреният синтез е също така много крехък процес, който се прекратява за част от секундата, ако не се поддържат правилните условия. Поради това при тази реакция не съществува риск от ядрен разпад.

За да се осъществи тази реакция, трябва да сме в състояние да имитираме условия, сравними със слънчевите, което изисква много енергия. Всъщност, за да се създаде тази реакция на Земята, температурите трябва да са поне шест пъти по-високи от тези в центъра на Слънцето.

При тези свръхвисоки температури атомите съществуват в състояние, наречено плазма, което по същество представлява супа от отрицателно заредени електрони и положително заредени йони, разкъсани от изключително високата температура на заобикалящата ги среда.

В повечето реактори за термоядрен синтез за реакцията се използват водородни атоми. Когато те се нагряват в плазма, техният единствен електрон се откъсва, като се получава супа от положителни водородни йони и електрони. Към краищата на плазмата обаче, където тя е по-малко гореща, някои от тези водородни йони могат да се свържат обратно с електронната супа, създавайки неутрализирани водородни частици.

Защо това е проблем? Тези неутрализирани частици могат да доведат до загуба на енергия от плазмата, което увеличава количеството енергия, необходимо за поддържане на реакцията. А за процес, който е насочен към минимизиране на вложените енергийни ресурси, това е сериозен проблем.

"Тези неутрализирани водородни частици предизвикват загуби на енергия в плазмата, което прави много трудно поддържането на гореща плазма и ефективен малък термоядрен реактор", казва в изявление Николай Яловега, постдокторант в областта на ядреното инженерство и инженерната физика в UW-Madison.

За да реши този проблем, екипът от UW-Madison е създал механизъм за нанасяне на покритие чрез разпръскване, който е в състояние да изчисти тези проблемни частици, като същевременно издържа на екстремните условия в ядрения реактор.

Технологията на екипа използва процес на студено пръскане за нанасяне на покритие от метала тантал върху повърхността от неръждаема стомана на реактора. Този метал може да издържи на свръхвисоките температури в реактора, а освен това абсорбира отлично водорода.

Технологията на студеното пръскане е подобна на използването на кутия с боя за пръскане. Тя включва задвижване на частици от материала за покритие върху повърхността със скорост, по-голяма от скоростта на звука. Когато се сблъскат със стените на реактора, те се сплескват като смачкани дражета бонбони, което образува покритие по цялата повърхност. Въпреки това между тези частици остават малки пролуки, които създават по-голяма повърхност за абсорбиране на водород.

Още по-вълнуващо е, че когато материалът се нагрее още повече, той изхвърля уловения водород, така че да може да бъде рециклиран, без да се променя покритието.

Покритието също така е лесно за ремонт и подмяна, което означава, че то може да направи реакторите не само по-ефективни, но и по-лесни за поддръжка.

Снимка: Unsplash

Виж още: 64 GB DDR5 паметта вече е налична за настолни компютри и отваря пътя за 256GB конфигурации