Un grosso problema con il funzionamento di impianti di fusione a forma di anello noti come tokamak è mantenere il plasma che alimenta le reazioni di fusione privo di impurità che potrebbero ridurre l'efficienza delle reazioni. Ora, gli scienziati del Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno scoperto che spruzzare un tipo di polvere nel plasma potrebbe aiutare a sfruttare il gas ultra-caldo all'interno di un impianto tokamak per produrre calore per creare elettricità senza produrre effetto serra gas o rifiuti radioattivi a lungo termine.

Fusione, la forza che guida il sole e le stelle, combina elementi leggeri sotto forma di plasma:il caldo, stato carico della materia composto da elettroni liberi e nuclei atomici, che genera enormi quantità di energia. Gli scienziati stanno cercando di replicare la fusione sulla Terra per una fornitura virtualmente inesauribile di energia per generare elettricità.

"L'obiettivo principale dell'esperimento era vedere se potevamo stendere uno strato di boro usando un iniettore di polvere, " ha detto il fisico PPPL Robert Lunsford, autore principale del documento che riporta i risultati in Fusione nucleare . "Finora, l'esperimento sembra aver avuto successo."

¬Il boro impedisce a un elemento noto come tungsteno di fuoriuscire dalle pareti del tokamak nel plasma, dove può raffreddare le particelle di plasma e rendere meno efficienti le reazioni di fusione. Uno strato di boro viene applicato alle superfici rivolte verso il plasma in un processo noto come "boronizzazione". Gli scienziati vogliono mantenere il plasma il più caldo possibile, almeno dieci volte più caldo della superficie del sole, per massimizzare le reazioni di fusione e quindi il calore per creare elettricità.

L'uso della polvere per fornire la boronizzazione è anche molto più sicuro rispetto all'utilizzo di un gas di boro chiamato diborano, il metodo utilizzato oggi. "Il gas diborano è esplosivo, quindi tutti devono lasciare l'edificio che ospita il tokamak durante il processo, "Lunsford ha detto. "D'altra parte, se potessi far cadere un po' di polvere di boro nel plasma, sarebbe molto più facile da gestire. Mentre il gas diborano è esplosivo e tossico, la polvere di boro è inerte, " ha aggiunto. "Questa nuova tecnica sarebbe meno invadente e sicuramente meno pericolosa".

Un altro vantaggio è che mentre i fisici devono interrompere le operazioni del tokamak durante il processo del gas di boro, la polvere di boro può essere aggiunta al plasma mentre la macchina è in funzione. Questa caratteristica è importante perché per fornire una fonte costante di elettricità, i futuri impianti di fusione dovranno funzionare a lungo, periodi di tempo ininterrotti. "Questo è un modo per arrivare a una macchina per la fusione allo stato stazionario, " Ha detto Lunsford. "Puoi aggiungere più boro senza dover spegnere completamente la macchina".

Ci sono altri motivi per usare un contagocce in polvere per rivestire le superfici interne di un tokamak. Per esempio, i ricercatori hanno scoperto che l'iniezione di polvere di boro ha lo stesso vantaggio dell'immissione di gas azoto nel plasma:entrambe le tecniche aumentano il calore sul bordo del plasma, che aumenta quanto bene il plasma rimane confinato all'interno dei campi magnetici.

La tecnica del contagocce in polvere offre anche agli scienziati un modo semplice per creare plasmi di fusione a bassa densità, importante perché la bassa densità consente di sopprimere le instabilità del plasma mediante impulsi magnetici, un modo relativamente semplice per migliorare le reazioni di fusione. Gli scienziati potrebbero usare la polvere per creare plasmi a bassa densità in qualsiasi momento, piuttosto che aspettare una boronizzazione gassosa. Essere in grado di creare facilmente un'ampia gamma di condizioni del plasma in questo modo consentirebbe ai fisici di esplorare più a fondo il comportamento del plasma.

Nel futuro, Lunsford e gli altri scienziati del gruppo sperano di condurre esperimenti per determinare dove, Esattamente, il materiale va dopo che è stato iniettato nel plasma. I fisici attualmente ipotizzano che la polvere scorra nella parte superiore e inferiore della camera del tokamak, allo stesso modo in cui scorre il plasma, "ma sarebbe utile avere questa ipotesi supportata dalla modellazione in modo da conoscere le posizioni esatte all'interno del tokamak che stanno ricevendo gli strati di boro, "Ha detto Lunsford.