תפקיד מגן החום בחיזוק הבטיחות של ה-USC

ההבטחה של היתוך גרעיני כמקור אנרגיה נקי כמעט בלתי מוגבל הובילה מחקר במשך עשרות שנים.מרכז לאמביציה זו היא היכולת להגביל את הפלזמה לשלוט בטמפרטורות מעל 100 מיליון מעלות צלזיוס - יותר מאשר הליבה של השמש, בעוד שדות מגנטיים חזקים להחזיק את פלזמה הרחק מקירות הכור, חום וחלקיקים אינטנסיביים עדיין מציב אתגר חמור לעצם המבני הכור הזה, כאשר שדות מגנטיים חזקים, ומחזקים, כמו גם מתחמי חום ופחמים, הם, כמו גם מתחמי חום ופחמים, כמו גם מתחמי חום ופחמי חום ופחמי חום ופחמי חום ופחמימים, הם, הם, כמו גם מתחמי חום ופחמי חום ופחמי חום ופחמימים, כמו גם מתחמימים כבדים, הם, הם עלולים, כמו גם מתחמי חום ופחמי חום ופחמי חום ופחמי חום ופחמי חום ופחמי חום ופחמי חום קיצוניים, כמו גם מתחמימים, כמו גם מתחמימים, כמו גם מתחמי חום ונפץ, חסמימים, כמו גם מתחמי חום ופחמי חום ופחמי חום ונפץ, כמו גם מתחמי חום וחלקיקים, כמו גם מתחמי חום ופחמימים, חסמי חום

הבנה של FUVEN ו-Hick Generation

היתוך גרעיני מתרחש כאשר גרעיני גרעיני גרעיני, בדרך כלל איזוטופים של מימן כמו deuterium וטריסטויום, להתגבר על ההנעה אלקטרוסטטית שלהם ומייצרת בטמפרטורות גבוהות מאוד.תהליך זה משחרר כמות מסיבית של אנרגיה בצורת אנרגיה קינטית של נויטרונים וחום.ב כור היתוך, פלזמה חמה חייב להיות נשמר בטמפרטורות כ 150 מיליון vin (K) עבור derium-tium המיוצרים על ידי חלקיקים אנרגיה תרמית (D) ו-Apamtgytronictide) אשר לא יעזור לחץ דם מגנטית (0%).

עומסי חום בכור היתוך משתנים על ידי המיקום.הקיר הראשון - פני השטח הפנימי ביותר מול פלזמה - ניסיוןים של חום מצב יציב של 0-1MW / m2 במהלך ניתוח רגיל, עם אירועים טרנסים כגון מצבים מרוחקים (ELMs) או הפרעות שליחת ספויטים עד עשרות של MW / m2, רכיב במתח של הכורים אלה, אפילו לא מחסומים מתוחמים יותר, אבל לא תקינים יותר, אבל הם יכולים לעמוד על פני מים רגילים.

מדוע מגן חום הוא חיוני

מגינים חום משרתים פונקציות קריטיות מרובות מעבר לקליטת חום פשוטה:

(FLT:0) להגנת המבנה: FLT:1ir הם מונעים עומס תרמי של כלי הכור ומבנים התמיכה שלו, אשר בדרך כלל עשויים פלדה או ⁇ אחרים.ללא מגן, החום העז יגרום להמיסה, סדק או עיוות מצמרר, המוביל לאובדן של אבק או דליפות מגניבות.
(FLT:0)Plasma Impurity Control:FearLT:1 , מגן חום חייב למזער שחיקה ונפיחות.אם חומר מגן נכנס לפלסמה, הוא מקרר את הפלסמה ומפחית את הדלק, שעלולה לכבות את התגובה של היתוך.חומרים נבחרים להיות בעל מסה אטומית גבוהה (למשל, tungstens) כך שאם אטומים בורחים, הם ביעילות קרינה אנרגיה מאשר להזין מחדש.
(FLT:0)Tritium Retention Management:FLT:1 ; טריטיום הוא רדיואקטיבי ובקושי; הוא תקוע בתוך שמיכה הכור.חלק חומרי מגן חום (למשל, beryllium, tungsten) יכול מלכודות tritium, העלאת חששות בטיחות ודלק.
(FLT:0)Neutron Moderation ו- Shielding:cioFLT:1 בעוד מגן החום העיקרי מנהל עומסים תרמיים, השמיכה מאחוריה פועלת גם כמגן נויטרונים להגנה על סלילי מגנטיים ורכיבים חיצוניים מפני נזק קרינה.
(FLT:0) אחריות מבצעית: 1FLT:1ir על ידי מחזורים תרמיים חוזרים ואירועי חול, מגיני חום להאריך את חיי הכור, צמצום מרווחי תחזוקה ועלויות.

ללא פונקציות אלה, כור היתוך לא יכול להשיג את שולי הבטיחות הדרושים או את הכדאיות הכלכלית.

סוגי מגן חום ב- Fusion Reactors

Metal Shields

מתכות נוזליות, במיוחד ליתיום או סגסוגת אקוקטית (PbLi), מציעים כמה יתרונות כמו מגן חום.הם יכולים להיות מופצים דרך השמיכה כדי לחלץ חום בו זמנית טריטיום באמצעות לכידת נויטרונים על ליתיום.מגני מתכת נוזליים יש מוליכות תרמית גבוהה, יכול לספוג כמויות גדולות של חום ללא התכה (מכיוון שהם כבר), וניתן תמיד לשלוף אתגרימת חומרים מגנטיים כמו מגנטיים, עם חומרים מגנטיים, עם מגנטיים מופעלים, עם חומרים מגנטיים).

⁇ ו-Pacing Components

(הטפה היא ככל הנראה המרכיב החוץ ביותר בכור היתוך.התפקיד העיקרי שלה הוא לחלץ חום ו helium ash מן פלזמה בעוד צמצום חדירות בflux. הטיות מודרנית להשתמש בעיצוב "מטר אובייקטיבי" עם אריחים עשויים tungsten או פחמן-fibers (CFC) כי הם מתקררים באופן פעיל על ידי מים או helium.

קיר ראשון ו-Blanket

הקיר הראשון הוא שכבת מגן ישירות מול פלזמה.בעיצובים רבים, הוא מורכב אריחי דבורים או ציפויים tungsten על סגסוגת נחושת עם ערוצי קירור פנימיים. Beryllium הוא המועדף על המספר האטומי הנמוך שלה (זיהום פלזמה נמוך) ותכונות תרמיות טובות, אבל הוא זחל יותר מאשר tungtenstenstenstenstens ויש לו חששות רעילים מאחורי השמיכות יושב מאחורי הקיר הראשון של שטח Cvtium (Ric) וכולל את העיצובים.

Ceramics ו Composites

קרמיקה טמפרטורה גבוהה (UHTCs) כגון Zirconium diboride (ZrB2) ו Hafnium carbide (HfC) נחקרים עבור פלוקסים חום קיצוני מעבר למה מתכות יכול להתמודד.סיליקון סיבי קרבד-reinforcedסיליקון מחדש חומרים מורכבים (SiC / SiC) מציעים עמידות מעולה, הפעלה נמוכה, סובלנות גבוהה וטמפרטורה גבוהה יותר.

אתגרים מדעיים והנדסה

פיתוח חומרים שיכולים לשרוד את סביבת ההיתוך הוא מאמץ רב-דה-אקדמי.אתגרי מפתח כוללים:

(FLT:0) מתח ושומן: ⁇ טמפרטורה 1 (Halph) על פני מגן חום יכול לעלות על 1000 K לכל מילימטר, תוך גרימת מתח תרמי גבוה חוזר על אופניים תרמיים מפני הדופקים הכור (למשל, 30 דקות מחזורי כוויות ITER) יכול להוביל לעייפות סדק.
(FLT:0) נזקי Nutrons:0) לנטרל אטומים ב- מחסנים, יצירת vacancies, בין-אנרגיה גבוהה (4.1 MeV מ- D-T תגובות) לנטרל אטומים ב- מחסנים, יצירת vacancies, בין-יסוד, ומוצרים טרנסמוטציה (למשל, הפצצות כבדות מטונגסטן).
(FLT:0) וההרסיון והאדום: פלסמה 1 (Pala) אטומים ממשטח המגן, שוחקים אותו לאורך זמן. חומר מרודן יכול לרוקן במקום אחר, ויצרו שכבות משותפות המכוסות כי מלכודות טריסטויום.
(FLT:0) Coolant-induced Degradation:03FLT 1 Coolants (מים, הליום או מתכות נוזליות) יכול לגרום קורוזיה או מתח corrosion סדק אם הכימיה אינה נשלטת היטב.
(ב) חוקרים חוקרים בודקים חומרים שיכולים לתקן מיקרו-מדפים באמצעות תהליכים כמו חיטוי או חמצון.לדוגמה, ⁇ tungsten עם תוספות של titanium או vanadium יכול ליצור שכבות חד-חמצני אשר חותמות על סדקים.
ייצור:0 (Additive Manufacturing:FLT:1 3D הדפסה של רכיבי מגן חום מאפשר ערוצי קירור פנימיים מורכבים בלתי אפשריים עם מטמון מסורתי.זה יכול לשפר את העברת החום ולהקטין את העלאת הלחץ.

אתגרים אלה דורשים מאמץ מתואמת בין פיזיקאים של היתוך, מדענים חומריים ומהנדסים.

עיצוב מערכת Cooling

מגיני חום הם חסרי תועלת ללא קירור יעיל.מערכת הקירור חייבת להסיר עשרות עד מאות מגה-וואט למ"ר מן הצד הפונה לפלסמה.מים קירור, כפי שנעשה בו שימוש ב- ITER, יכול להתמודד עם גלי חום גבוהים אך חייב לפעול בלחץ גבוה (~4 MPa) כדי להימנע מגידולים. helium קירור מציע פוטנציאל טמפרטורה גבוה יותר (עד 700 מעלות צלזיוס) אשר יכול לשפר את היעילות התרמית עבור כוח, אבל דורש עלייה של נוזל הקירבה, אך עשוי להיות מאפקטים של נוזל קירור גדול יותר (למשל, כולל אפקט מתכתי.

שילוב עם Tritium Breeding

כורוז'ן נועדו לגדל את הטריטוניום שלהם מליתיום, שכן אין אספקת טריטייום טבעית.שמיכות הרבייה מקיף את פלזמה מאחורי הקיר הראשון המכילה ליתיום בצורות שונות (מעגלות פתורות או מתכת נוזלית) מגן החום חייב להיות תואם לקיר הקטן, למשל, אם המגן הוא מתכת נוזלי כמו ליתיום, הוא יכול לשמש גם כמו גזע מתכתי חום הראשון הוא לחץ על הקיר הראשון עם הקיר.

יישום אמיתי בעולם: ITER, DEMO ו- SPARC

ITER

(ITER, כיום בבנייה בצרפת, מייצג את הניסוי הגדול ביותר של היתוך חום וקיר הראשון נועד לעמוד 500MW של כוח היתוך עבור 400 שניות הדופק.הקיר הראשון מורכב אריחי אריחי beryllium על כיור חום נחושת, קריר על ידי כלי מים מחוסנים לחץ על מונומיום נחושת / mcrec) עובר בדיקה מקיפה של כוח מסגסוגת IR2Jc2K) מ-Holx2K2K2K2K.

DEMO

DEMO (Demonstration Power Plant) נועד לייצר חשמל נטו ולהפעיל ברציפות (או בדופקים ארוכים) מגן החום שלה חייב לשרוד שנים של פעולה עם תחליף מינימלי.עיצובים משלבים חומרים מתקדמים כמו tungsten- ו- SiC מבוסס, וטמפרטורות קירור גבוהות מספיק כדי להניע טורבינות אדים.הרסיום האירופי, חלק מגוש האירוסין, מפתחת הן את המושגים מבוססי מים והן על בסיס עצמי.

SPARC ו-Commonks

SPARC, שדה גבוה קומפקטי של טקמאק נבנה על ידי חבר העמים Fusion Systems, משתמש בגישה חדשנית עם מגנטים על מוליכים עתירי זמן גבוהה.מגן החום שלה צפויים לעמוד בפני פלוקסים חום יציבים קיצוניים עקב הגיאומטריה הקומפקטית.העיצוב ההטסטרטור עבור SPARC הוא מותאם מ ITER אבל עם יותר משחות חשמל מוצלחות של SPARC בשנים הקרובות יהיה להשתמש קומפקטיות פוטנציאליות גבוהה יותר של קומפקטיות, 000.

בטיחות ושיקולים תפעוליים

כשלים של מגן חום יכולים להיות השלכות חמורות.אובדן של תאונה מגניבה (LOCA) במגן החום יכול להוביל להתחממות מהירה, התכה, ואולי גם הפרה של כלי הריק.בתרחישים הגרועים ביותר, זה יכול לשחרר טריטיום רדיואקטיבי אבק מופעל.פיוז'ן נועדו עם מספר מכשולים: מגן החום הוא הראשון, ואחריו כלי הריק והבאטסטוסט החום חייב להיות מתוכנן גם להחליף את הצמיגים רדיואקטיביים, כמו גם הוא מופעל על ידי אימון מכניקה רדיואקטיבית, כלומר, החל מתוקף, כלומר, הוא מופעל על ידי מערכת חסומים רדיואקטיבית, הוא מופעלת, הוא מופעלת, כלומר, כלומר, הוא מופעלת, החליקציה, החל מתוקף, הוא מופעלת, הוא מופעלת, החליקטיבית, החליקציה, החל מתוקף, החל מתוקף, הוא מופעלת על ידי כלילית, החל מתוקף, כלומר, הוא מופעלת, על ידי כלילית, החל מתוקף, על ידי כלילית, על ידי כלילית, על ידי כלילית, על ידי כלי הכשל, על ידי כלילית, על ידי מערכת חסימת לחץ רדיואקטיבית, החליקציה, על ידי מערכת חסימת לחץ רדיואקטיבית, החליקציה, החל מלחיצה, החליקציה, כמו

היבט בטיחות נוסף הוא ניהול אבק המיוצר על ידי שחיקה.אבק Tungsten הוא pyrophoric והוא יכול להוות סיכון אש אם הוא חמצון.מערכות Fusion משלבות איסוף אבק ומערכות גז אינרטי.חומרי מגן החום נבחרים למזער את ייצור האבק ולקיים פעילות כימית נמוכה.

מגמות עתידיות ודרכים מחקר

תחום טכנולוגיית מגן החום מתקדם במהירות.אזורי מפתח של מחקר כוללים:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(FLT:0)AI ו- Machine Learningeur: 1FLT 1 אופטימיזציה של גאומטריה מגן חום וקירור למזער את הלחץ תוך כדי מיקסום של העברת חום. תאומים דיגיטליים עשויים לחזות תקופות חיים של מרכיבים המבוססים על אבחון בזמן אמת.
(FLT:0) חומרים חדשים:BuildFLT:1 ⁇ ⁇ גבוהה (HEAs), שלבי MAX, ורכיבים יהלומים נחקרים עבור הקשיחות יוצאת הדופן שלהם ותכונות תרמיות.
(FLT:0)Plasma-Facing מתכת מתכת נוזלית:FLT 1 במקום מגן מוצק, סרט דק של מתכת נוזלית זורם (למשל, ליתיום) יכול לספק משטח עצמו-הההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההתאמת את השפעתה של שפעת של חום הקיצונית וחיסול של בעיות שחיקה.
(FLT:0) , Thermal Barrier Coatings:FreaLT:1) ציפויים מתקדמים כגון zirconia-stabilized על רכיבים מבניים יכולים להפחית את העברת החום למבנים בסיסיים, בדומה ליישומים אוויריים.

חידושים אלה מבטיחים להגדיל את האמינות, הבטיחות והכלכלה של כור ההיתוך, מה שהופך אותם למיניהם כמקור כוח מסחרי.

מסקנה

מגינים חום הם תכונה קריטית לבטיחות היתוך גרעיני, לשמש קו ההגנה הראשון נגד עומסי תרמי וחלקיק קיצוניים שנוצר על ידי פלזמה הבוערת.הם להגן על רכיבים כור מפני נזק תרמי, שליטה בשטף, ולעזור לנהל טריטייום.האתגרים החיוניים ללחיצתם - חומרים חייבים לשרוד מגינים חסרי תקדים, נזק נויטרון, ושחיקה עם מערכות טריטוריון וקירור, כמו פתרונות אנרגיה קומפקטיים, קריפטומים, כמעט בלתי מוגבלים, כמו, כמו מכונות חום, קריסות, ואקלים, כמעט בלתי מוגבלות, כמו גם, קרייר, קרייר, כמו גם, קרייר, כוח מתמשך, כמו גם, כמו מכונות חימום, קרייר, אקלים, קרייר, אקלים, ומעבדות, אקלים, כוח מתמשך, כוח מתמשך, ומעבדות, אקלים, ומעבדות, כוח מתמשך, כוח מתמשך, כוח יציב, כמו גם אקלים, אקלים, אקלים, כמו מכונות חימום, אקלים, כמעט בלתי מוגבלות, אקלים, כמו מכונות חימום, אקלים בטוח, כמו מכונות חימום, כמעט בלתי מוגבלות, ומעבדות, כמו גם, כמעט, כמו מכונות חימום, כמעט בלתי מוגבלות, כמו מכונות חימום, כוח מתמשך, כמו גם, כמו גם אקלים, כוח מתמשך, כוח מתמשך, קרייר,