隨著初步建模接近完成,ITER 項目的工程師和科學家正在針對融合實驗的規模和複雜性調整一項成熟技術。
ITER 的牆面處理工程師 Tom Keenan 表示:「我們正在使用一項成熟的技術,但在這個規模或氚環境中從未實施過,因此這是一個有趣的領域。」
這項工作涉及一個新的牆面處理系統,稱為硼化,這是在 2023 年決定將等離子體腔的護甲瓷磚從鈹改為鎢後變得必要。
該系統旨在通過在所有面向等離子體的表面上施加一層薄薄的硼(約 10-100 奈米)來緩衝等離子體,以應對與雜質增加相關的影響。
這層硼將捕獲或「吸附」氧,否則氧會增加輻射損失並干擾等離子體,特別是在放電啟動階段。
為此,團隊將使用二硼烷,這是一種氫和硼的化合物。將以 5% 的濃度將二硼烷注入氦載氣中注入到托卡馬克中。
一旦進入,二硼烷將分解並通過輝光放電輔助方法沉積在面向等離子體的牆面上,該方法創造冷等離子體以化學鍵合硼到材料表面。
氣體注入系統的初步設計包括超過一公里的管道在托卡馬克大樓內,另外 400 米在容器內,以及 21 個氣體注入點。
根據燃料過程整合工程師 Gabor Kiss 的說法,這些調整預期不會影響工廠安裝順序。
在設計挑戰方面,雖然 ITER 的設計包含了輝光放電清潔以進行維護,但將其調整為頻繁的硼化則面臨兩個挑戰。
第一個挑戰是 ITER 的高能陽極設計是否適合頻繁循環;即將在中國 EAST 托卡馬克進行的測試將解答這一問題。第二個挑戰是確定陽極的放置以實現均勻的硼覆蓋。
解決這一問題需要國際合作。Tom Wauters 補充道,「這是一項與國際托卡馬克物理活動的專家進行的重大聯合努力,」他專注於 ITER 的等離子體-牆面相互作用。
ITER 在一份新聞稿中強調:「通過與 ASDEX Upgrade(德國)和 WEST(法國)托卡馬克的建模和協作測試,團隊決定在真空容器中增加四個額外的陽極,以獲得最有效的硼分布。」
隨著設計的推進,操作問題也在解決中,包括應該多久進行一次硼化。近期研究表明,單次應用的有效期可能在 2.5 至 12.5 週之間,計劃的最大間隔為每兩週一次。
由於二硼烷既具毒性又具爆炸性,因此需要特定的安全措施。該化合物將存放在位於診斷大樓外的安全「氣體艙」中。
從托卡馬克抽出的任何未分解的二硼烷必須被中和。目前正在評估兩種銷毀方法:將氣體加熱至 700°C 以進行熱分解,或使用專有的化學捕集器。
負責二硼烷處理的過程工程師 Peter Speller 表示:「我們對這兩個系統都非常有信心,」並指出這兩種方法已在其他托卡馬克中成功使用。
隨著長期策略的確定,並為二硼烷去除系統在氚大樓中騰出空間,該項目計劃於 2028 年開始安裝。
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