In un reattore a fusione a confinamento del campo magnetico, manteniamo il plasma ad alta temperatura attraverso le linee del campo magnetico facendo galleggiare il plasma lontano da una nave. Però, si forma inevitabilmente un luogo in cui il plasma colpisce. In un posto simile, per ricevere il calore dal plasma è montato un dispositivo di assorbimento del calore chiamato deviatore. Negli attuali dispositivi sperimentali al plasma, compreso il Large Helical Device (LHD) presso il National Institute for Fusion Science (NIFS), tipicamente si usa un divertore solido, dove il plasma è guidato verso una piastra o un blocco composto da carbonio o tungsteno e tali piastre o blocchi sono raffreddati dall'acqua. Nel reattore sperimentale termonucleare internazionale (ITER), pure, si sta adottando un divertore solido composto da blocchi di tungsteno che saranno raffreddati dall'acqua.

Il solido deviatore, perché soffre di usura per essere colpito da plasmi ad alta temperatura, richiede frequenti manutenzioni. Al NIFS, il reattore a fusione elicoidale, per il quale si sta avanzando la ricerca progettuale, ha la caratteristica speciale di buone prospettive di funzionamento costante. Al contrario, perché la struttura è tridimensionale e complicata, come sarà intrapresa la manutenzione del divertore sta diventando un problema tecnologico difficile.

Nel futuro reattore a fusione, la quantità di calore che riceverà il deviatore aumenterà, e si teme che il flusso di calore supererà sostanzialmente il valore di progetto di ITER, che è di circa 20 megawatt per metro quadrato. Come divertore che sopporterà questo flusso di calore estremamente elevato, metodi che utilizzano metallo liquido sono stati proposti e considerati per più di 40 anni. L'idea è stata quella di ricevere l'elevato flusso di calore con il flusso di litio fuso, lattina, e altri metalli liquidi. Se la velocità del flusso può superare diversi metri al secondo, quindi il divertore può sopportare l'elevato flusso di calore del plasma di fusione. D'altra parte, perché le particelle che sono state convertite in gas neutro da un plasma si fermano sul deviatore, è quindi richiesto il ruolo di esaurire quei gas all'esterno. In particolare, riguardo al reattore a fusione elicoidale con la sua struttura complicata, non era stata suggerita l'idea di un deviatore a metallo liquido in cui l'elevata resistenza al calore e le prestazioni di evacuazione fossero compatibili.

Il gruppo di ricerca del professor Junichi Miyazawa, Professor Akio Sagara, e altri, tutto l'Istituto Nazionale per la Scienza della Fusione, costruito un nuovo tipo di sistema di deviazione della doccia in metallo liquido che evacua il plasma come gas neutri prima di arrivare alla nave. Hanno puntato un getto sottile di metallo liquido allineato in una condizione di doccia alle aree periferiche del plasma ad alta temperatura. Usavano lo stagno, che è eccellente per la bassa tensione di vapore e per essere poco costoso, e anche per la sicurezza.

In questo nuovo metodo, hanno posizionato l'apparato ad intervalli in appena dieci punti all'interno del dispositivo toroidale di confinamento (vedi Figura 1). In questo modo, la manutenzione diventa molto più facile da eseguire. Al contrario, l'area che il plasma può contattare diminuisce, e quindi il carico termico è notevolmente aumentato. Se utilizziamo il flusso di metallo liquido ad alta velocità, allora questa diventerà una contromisura.

Poiché il plasma ad alta temperatura si muove lungo le linee del campo magnetico, nel mettere inclinato il metallo liquido, si forma un muro forte attraverso il quale il plasma non può passare. (Vedi Figura 2 a sinistra.) Il plasma neutralizzato sulla superficie della doccia di metallo liquido passa attraverso gli interstizi della doccia verso la faccia posteriore, e quindi è possibile un'evacuazione efficace. (Vedi Figura 2 a destra.)

La doccia in metallo liquido può sopportare un carico termico estremamente elevato che supera di circa dieci volte il valore tollerato dal recente deviatore ITER. Anche con un carico termico così elevato, abbiamo appreso che se utilizziamo un flusso di metallo liquido di 4 metri al secondo, l'elevato carico termico può essere facilmente bloccato. Come mostrato in Figura 3, perché c'è l'importante caratteristica per cui quando il plasma tocca una volta la doccia, non colpisce la nave.

Nel deviatore doccia in metallo liquido, è necessario un flusso stabile su una lunghezza di pochi metri. Il flusso è accelerato dalla gravità, e quando il diametro diventa sottile la superficie diventa contemporaneamente instabile, gocce cadono, e viene generato lo spray. Come un dispositivo che riceve calore, questo non è desiderabile. Per sopprimere la velocità dalla gravità, abbiamo inserito un oggetto che diventasse resistenza al flusso all'interno del liquido. Nella resistenza interna, usiamo filo e nastro, o una catena. Quale è il migliore varierà a seconda della varietà del fluido e della velocità di flusso desiderata. Quando c'è una resistenza interna, perché l'area ad alta temperatura e l'area a bassa temperatura diventeranno facilmente agitate, anticipiamo anche l'effetto che abbassa la temperatura più alta e sopprime l'evaporazione del metallo liquido.

In questa nuova procedura, rispetto alle procedure utilizzate fino ad oggi che utilizzavano carbonio e altri solidi, insieme a prestazioni resistenti al calore in crescita di oltre 10 volte, si può prevedere che si otterranno anche prestazioni di evacuazione elevate. Ulteriore, non ci sono restrizioni alla longevità del dispositivo dall'usura causata dal plasma, e la manutenzione del dispositivo diventa facile. Poiché il reattore a fusione elicoidale ha una struttura tridimensionale complicata, si ritiene che l'uso di metallo liquido nel dispositivo di ricezione del calore sarà problematico. Ma secondo questa ricerca, è stato indicato che ciò sarà possibile.

Questi risultati della ricerca sono stati presentati alla 26a conferenza dell'Agenzia internazionale per l'energia atomica tenutasi dal 17 al 22 ottobre a Kyoto, Giappone.

Per quanto riguarda il deviatore che dovrebbe sopportare il carico termico estremamente elevato nel reattore a fusione, non c'era ancora stata una risposta. Questa ricerca fornirà una svolta per quanto riguarda questo difficile problema, e sarà un passo importante verso la realizzazione del futuro reattore a fusione.

In merito a questa ricerca, abbiamo sviluppato una tecnologia per stabilizzare un flusso che supera diversi metri. (La domanda di brevetto è attualmente in fase di revisione.) Il flusso del liquido, come l'acqua potabile che sgorga dai rubinetti e l'acqua dei vigili del fuoco, è un fenomeno convenzionale. Ma nei modi di utilizzare il flusso di liquidi sono nascoste molte possibilità. In particolare, in un flusso stabile e lungo di liquido, dai campi dell'agricoltura e della chimica ai campi basati sulla nostra vita come l'umidificatore e le decorazioni d'interni, ci sono un'ampia varietà di applicazioni. Anche come argomento di ricerca accademica, l'acqua è accattivante. Se si richiama l'attenzione sull'utilità del flusso di liquidi da questa ricerca, possiamo anticipare ulteriori attività in campi di ricerca correlati.