Pesquisadores liderados pelo Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) propuseram um projeto inovador para melhorar a capacidade de futuras usinas de fusão de energia para gerar segurança, energia limpa e abundante em estado estacionário, ou constante, maneiras. O projeto usa loops de lítio líquido para limpar e reciclar o trítio, o isótopo de hidrogênio radioativo que alimenta as reações de fusão, e para proteger as placas do divertor do intenso calor de exaustão do tokamak que contém as reações.

"Existem muitos desafios para o desenvolvimento da energia de fusão e o tratamento do calor nas placas do divertor está entre eles, "disse o físico do PPPL Masa Ono, autor principal de artigo sobre design publicado na revista Fusão nuclear . "Queríamos ver como podemos proteger as placas do divertor e manter a câmara de fusão limpa."

Fusão, a fusão de elementos leves para liberar energia, é o processo que alimenta o sol e as estrelas. Aqui na Terra, as usinas de fusão irão combinar o trítio com seu isótopo irmão deutério para criar a energia para a geração de eletricidade. Produzir essa energia em um dispositivo de fusão às vezes é chamado de "colocar uma estrela em uma jarra".

O sistema que Ono e colegas projetaram exige o bombeamento de lítio líquido para dentro e para fora de um tokamak, um tipo de dispositivo de fusão magnética, para manter a operação em estado estacionário enquanto limpa a poeira e outras impurezas do plasma e protege o divertor. O lítio, um metal prateado que se combina facilmente com outros elementos, serviria para uma série de funções:

• Cobrindo placas divertor. A injeção de lítio líquido na câmara do tokamak divertor revestiria as placas com a substância líquida, protegendo-os do calor e das partículas que sobem do centro do plasma. O revestimento de lítio líquido também atuaria como uma esponja, capturando as partículas antes de atingirem a placa e evitando que voltem ao plasma para resfriá-lo e reduzir o desempenho da fusão.

  "Mesmo uma fina camada de lítio líquido pode proteger as placas, "disse Ono." Ele também tem a promessa de melhorar o desempenho do plasma, conforme observado no National Spherical Torus Experiment e no Lithium Torus Experiment no PPPL e em outros experimentos de fusão, e reduz o fluxo de calor. E uma vez que o lítio líquido evapora, devemos fornecer continuamente mais para manter os pratos úmidos. "

• Reciclando trítio, um combustível fundamental que se fundirá com o deutério para produzir reações de fusão em futuras usinas. Espera-se que apenas cerca de um por cento do trítio injetado no plasma seja consumido neste processo. O trítio não consumido restante deve ser removido e reciclado de volta para manter o abastecimento.

  Para realizar esta tarefa, o lítio líquido se combinaria com o trítio no tokamak e o carregaria com a poeira e outras impurezas para um filtro fora do tokamak, de onde a poeira seria removida. A próxima parada seria uma armadilha fria operando a 200 graus Celsius que permitiria que o trítio se cristalizasse. Depois de drenar o lítio da armadilha, o sistema iria reaquecer e regenerar o trítio e levá-lo a um separador que descartaria as impurezas e bombearia o trítio de volta para o tokamak. Alternativamente, o loop poderia alimentar uma centrífuga que separasse o trítio do lítio e retornasse o isótopo ao tokamak.

Removendo poeira. Se não for verificado, muitas toneladas de poeira podem se acumular em um ano a partir das interações entre o plasma e as paredes da câmara de fusão. O mesmo loop que recicla o trítio levaria a poeira para um filtro, conforme descrito acima. "Depois que o filtro de poeira estiver cheio, deve ser substituído, "Ono disse." Uma vez que o filtro ficaria relativamente perto da câmara de fusão, ele deve ser substituído remotamente. "Eliminação de elementos indesejados. O contato entre o plasma e as paredes do tokamak também daria origem a impurezas, como nitrogênio e oxigênio, que poderiam resfriar o plasma. O fluxo de lítio líquido levaria essas impurezas para o separador de trítio, como observado acima, que iria removê-los. "Uma vez que se espera que essas impurezas tenham um nível relativamente baixo, "Ono disse, "eles poderiam ser manuseados após a separação por meio de loops de limpeza menores especializados anexados ao principal."

Lidando com essas idéias estão PPPL e grupos ao redor do mundo testando conceitos de fluxo de lítio líquido. "Estamos olhando para o futuro para encontrar soluções, "disse Ono." Essas questões devem ser tratadas se quisermos realizar usinas de fusão práticas e atraentes. "