Potresti avere più familiarità con l'elemento litio come componente integrale della batteria del tuo smartphone, ma l'elemento svolge anche un ruolo nello sviluppo dell'energia da fusione pulita. Quando viene utilizzato su superfici in tungsteno in dispositivi di fusione, il litio può ridurre le instabilità periodiche nel plasma che possono danneggiare le pareti del reattore, gli scienziati hanno scoperto.

I risultati, dimostrato dagli scienziati del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'energia statunitense (DOE) e dai collaboratori dello Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) della Cina, hanno scoperto che la polvere di litio può eliminare le instabilità note come modalità localizzate ai bordi (ELM) quando viene utilizzato per rivestire un componente rivolto verso il plasma di tungsteno chiamato "divertore", l'unità che scarica il calore di scarto e le particelle dal plasma che alimenta le reazioni di fusione. Se lasciato solo, tali instabilità possono danneggiare il divertore e causare il fiasco delle reazioni di fusione.

I risultati sono buone notizie per i dispositivi futuri che prevedono di utilizzare il tungsteno per i propri divertori progettati per funzionare con il litio.

Esperimenti passati con polvere di litio su EAST hanno confermato la capacità del metallo di eliminare o ridurre la frequenza e l'intensità delle esplosioni periodiche di ELM che si verificano nel bordo esterno dei plasmi che possono danneggiare il divertore. Gli ELM si sviluppano regolarmente quando il plasma entra in uno stato ad alta energia noto come modalità ad alto confinamento, o modalità H, che trattiene il calore all'interno del plasma in modo più efficiente. Gli ELM possono anche rilasciare grandi quantità di calore che danneggiano i componenti rivolti verso il plasma e rilasciano materiale eroso che può entrare nel plasma e raffreddare le reazioni di fusione.

Durante gli esperimenti passati, I divertori superiore e inferiore di EAST erano rivestiti con carbonio leggero e poroso anziché con tungsteno metallico pesante. "Così, la domanda era se il litio avrebbe avuto lo stesso effetto sulle pareti in tungsteno come sulle pareti in carbonio, " ha detto il fisico PPPL Rajesh Maingi, autore principale con Jiansheng Hu dell'Istituto di fisica del plasma presso l'Accademia cinese delle scienze (ASIPP) di un articolo che descrive i risultati sulla rivista Fusione nucleare .

Il problema era in discussione perché recenti ricerche su altri tokamak a forma di ciambella, come l'Axi-Symmetric Divertor Experiment-Upgrade (ASDEX-U) in Germania, hanno suggerito che i componenti rivolti al plasma in tungsteno riducono effettivamente la capacità dei rivestimenti al litio di controllare gli ELM. Il litio è stato iniettato in ASDEX-U tramite grandi pellet veloci, rispetto alla polvere di litio che è stata iniettata gravitazionalmente negli esperimenti EAST.

Nei recenti esperimenti, i ricercatori hanno manipolato il plasma all'interno di EAST in modo che esaurisse il calore di scarto sulla parte superiore dei due divertori all'interno del tokamak. A differenza del deviatore inferiore, che era fatto di carbonio, il divertore superiore è fabbricato in tungsteno.

I risultati hanno mostrato che il litio iniettato nel plasma a contatto con il tungsteno riduce gli ELM tanto quanto il litio quando il plasma esaurisce il suo calore sul carbonio. I fisici ora hanno maggiore fiducia che le tecniche utilizzate per ridurre gli ELM nelle attuali macchine a fusione saranno in grado di ridurre gli ELM in macchine più grandi in futuro, purché siano progettati per essere compatibili con il litio.

Il team di ricerca ha notato che è diventato più facile eliminare gli ELM con il progredire degli esperimenti, suggerendo che l'eliminazione potrebbe richiedere meno litio col passare del tempo. Gli scienziati vorrebbero quindi trovare un modo per regolare la quantità di litio iniettata nel plasma, forse riducendo la velocità di iniezione una volta scomparsi gli ELM per controllare l'inventario del litio e ottimizzare le prestazioni del plasma.