I ricercatori guidati dal Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) hanno proposto un design innovativo per migliorare la capacità delle future centrali elettriche a fusione di generare energia pulita e abbondante in uno stato stazionario, o costante, maniera. Il design utilizza anelli di litio liquido per pulire e riciclare il trizio, l'isotopo radioattivo dell'idrogeno che alimenta le reazioni di fusione, e per proteggere le piastre del deviatore dall'intenso calore di scarico del tokamak che contiene le reazioni.

"Ci sono molte sfide per lo sviluppo dell'energia da fusione e la gestione del calore sulle piastre del deviatore è tra queste, " ha detto il fisico PPPL Masa Ono, autore principale di un articolo sul design pubblicato sulla rivista Fusione nucleare . "Volevamo vedere come proteggere le piastre del deviatore e mantenere pulita la camera di fusione".

Fusione, la fusione di elementi luminosi per liberare energia, è il processo che alimenta il sole e le stelle. Qui sulla Terra, le centrali elettriche a fusione combineranno il trizio con il suo isotopo gemello deuterio per creare l'energia per la generazione di elettricità. La produzione di questo potere in un dispositivo di fusione è talvolta chiamata "mettere una stella in un barattolo".

Il sistema progettato da Ono e colleghi prevede il pompaggio di litio liquido dentro e fuori un tokamak, un tipo di dispositivo di fusione magnetica, per mantenere un funzionamento stabile durante la pulizia della polvere e altre impurità dal plasma e la salvaguardia del deviatore. Il litio, un metallo argenteo che si combina facilmente con altri elementi, svolgerebbe una serie di funzioni:

• Piastre di copertura del deviatore. L'iniezione di litio liquido nella camera del divertore tokamak rivestirebbe le piastre con la sostanza liquida, proteggendoli dal calore e dalle particelle che salgono dal nucleo del plasma. Il rivestimento al litio liquido fungerebbe anche da spugna, catturando le particelle prima che colpiscano la piastra e impedendo loro di rimbalzare nel plasma per raffreddarlo e ridurre le prestazioni di fusione.

  "Anche un sottile strato di litio liquido può proteggere le piastre, "ha detto Ono. "Ha anche la promessa di migliorare le prestazioni del plasma come osservato nel National Spherical Torus Experiment e nel Lithium Torus Experiment al PPPL e in altri esperimenti di fusione, e riduce il flusso di calore. E poiché il litio liquido evapora, dobbiamo fornire continuamente di più per mantenere i piatti umidi."

• Riciclaggio del trizio, un combustibile chiave che si fonderà con il deuterio per produrre reazioni di fusione nelle future centrali elettriche. Si prevede che solo l'1% circa del trizio che viene iniettato nel plasma venga consumato in questo processo. Il trizio rimanente non consumato deve essere rimosso e riciclato per mantenere il rifornimento.

  Per svolgere questo compito, il litio liquido si unirebbe al trizio nel tokamak e lo trasporterebbe con polvere e altre impurità a un filtro esterno al tokamak dove la polvere verrebbe rimossa. La tappa successiva sarebbe una trappola fredda operante a 200 gradi Celsius che consentirebbe al trizio di cristallizzarsi. Dopo aver scaricato il litio dalla trappola, il sistema riscalderebbe e rigenererebbe il trizio e lo porterebbe a un separatore che scaricherà le impurità e pompierà il trizio nel tokamak. In alternativa, l'anello potrebbe alimentare una centrifuga che separa il trizio dal litio e restituisce l'isotopo al tokamak.

Rimozione della polvere. Se lasciato deselezionato, molte tonnellate di polvere potrebbero accumularsi in un anno dalle interazioni tra il plasma e le pareti della camera di fusione. Lo stesso ciclo che ricicla il trizio consegnerebbe la polvere a un filtro come descritto sopra. "Dopo aver riempito il filtro antipolvere, deve essere sostituito, " disse Ono. "Dato che il filtro sarebbe relativamente vicino alla camera di fusione, deve essere sostituito a distanza." Eliminazione degli elementi indesiderati. Il contatto tra il plasma e le pareti del tokamak darebbe origine anche a impurità come azoto e ossigeno che potrebbero raffreddare il plasma. Il litio liquido che scorre trasporterebbe queste impurità al separatore di trizio, Come sopra annotato, che li eliminerebbe. "Poiché si prevede che queste impurità siano di livello relativamente basso, "Ono ha detto, "Potrebbero essere gestiti dopo la separazione attraverso appositi anelli di pulizia più piccoli attaccati a quello principale".

Affrontare tali idee sono PPPL e gruppi di tutto il mondo che testano concetti di litio liquido che scorre. "Guardiamo al futuro per trovare soluzioni, " ha detto Ono. "Questi problemi devono essere affrontati se vogliamo realizzare centrali elettriche a fusione pratiche e attraenti".