Forskare har hittat en lösning på ett av de största problemen inom fusionsreaktorer. Genom att använda borpulver kan forskare skydda reaktorväggarna och därmed förbättra reaktorns effektivitet och hållbarhet.
Amerikanska forskare från Princeton Plasma Physics Laboratory har föreslagit att fusionsreaktorer ska använda borpulver som skydd. Detta pulver hindrar volframväggarna i reaktorn från att skadas, vilket i sin tur förhindrar att väteatomer fastnar i väggarna och försämrar reaktorns prestanda.
Naturligt förekommande bor har en isotopsammansättning av cirka 20,0 procent 10B och cirka 80,0 procent 11B. Variation av isotopfördelningen i olika fyndigheter medför att relativa atommassan endast kan bestämmas med låg noggrannhet.
Borpulver skyddar reaktorväggarna
– Bor sprids som från en saltströare in i tokamakreaktorns plasma. Pulvret joniseras och bildar ett skyddande lager på reaktorväggarna och i avgasområdet, förklarar forskaren Joseph Snipes.
Detta skyddande borlager hindrar volfram från att komma i kontakt med plasman, vilket är avgörande för att upprätthålla en stabil och effektiv fusionsprocess.
Volframets utmaningar i reaktorer
Volfram har blivit ett populärt material i fusionsreaktorer, tack vare dess höga smältpunkt och hållbarhet. Exempelvis är väggarna i den franska fusionsreaktorn WEST gjorda av volfram. Men trots dess fördelar finns det vissa utmaningar.
Strålningen som genereras i fusionsreaktorer kan skada volframets atomstruktur, vilket gör att väteatomer lättare fastnar i metallen. Detta påverkar reaktorns effektivitet negativt. Genom att lägga ett lager bor över volframet, kan dessa problem undvikas, vilket forskarna ser som en viktig förbättring för fusionsreaktorernas framtid.
En lösning med global potential
Denna teknik har redan visat sig fungera i internationella fusionsreaktorer, och forskarna menar att den kan användas även under reaktorernas driftstid.
Fusionsenergi – en utmaning sedan 1950-talet
Forskning kring fusionsenergi har pågått sedan 1950-talet. Fusionsreaktorer fungerar genom att kombinera två lätta atomkärnor till en tyngre kärna, vilket frigör stora mängder energi. Men att kontrollera denna process har visat sig vara extremt svårt. Tokamak-reaktorn, en av de mest lovande teknikerna, består av en ringformad kammare där det superheta plasmat hålls i schack av starka magnetfält.
För att undvika skador på reaktorväggarna krävs det att plasmat hålls på plats, vilket borlagret nu ser ut att kunna bidra till. Genom att skapa en stabil miljö för plasmat kan forskarna närma sig målet att producera ren och säker energi från fusion.
Bor kan vara nyckeln till framtidens energi
Den nya tekniken har utvecklats med hjälp av avancerade datormodeller som simulerar hur bor beter sig i reaktorns miljö. Resultaten har varit lovande och visar att borpulvret kan spela en avgörande roll i framtida fusionskraftverk.
– Metoden kan visa sig vara kritiskt viktig för stora fusionsprojekt som ITER, säger Snipes.
Forskningen kring bor och dess skyddande egenskaper visar på de enorma framsteg som görs inom fusionsenergi, ett område som kan komma att revolutionera energiproduktionen i framtiden. Fusion, som inte producerar långlivat radioaktivt avfall och har oändliga bränslekällor, har länge setts som den ultimata lösningen på världens energiproblem. Men det är först nu, med tekniker som boorlager, som forskarna börjar lösa de komplexa tekniska utmaningar som länge stått i vägen.
Framtiden för fusion
Fusionsenergi erbjuder möjligheten att generera enorma mängder energi utan koldioxidutsläpp och med mycket små mängder avfall. Om bortekniken visar sig vara hållbar i större skala, kan den bana väg för kommersiell användning av fusionskraft, och därmed förändra hur vi ser på framtidens energiförsörjning.
Med forskningsprojekt som detta närmar sig världen ett avgörande steg mot en grönare och mer hållbar energiframtid. Bor kan vara den nyckelkomponent som gör det möjligt att ta fusion från forskning till verklighet.
Källa: Princeton Plasma Physics Laboratory