Los compuestos de litio mejoran el rendimiento del plasma en dispositivos de fusión tan bien como lo hace el litio puro, según descubrió un equipo de físicos del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton PPPL del Departamento de Energía de los Estados Unidos DOE.
La investigación fue realizada por el ex estudiante graduado de física de la Universidad de Princeton, Matt Lucia, bajo la guía de Robert Kaita, físico investigador principal de PPPL y uno de los asesores de tesis de Lucia, así como el equipo de científicos que trabajan en una máquina conocida como Lithium TokamakExperimento LTX. Como parte de su disertación, Lucia investigó cómo el litio depositado en las paredes de las máquinas de fusión con forma de rosquilla conocidas como tokamaks afectaba el rendimiento de LTX. Al igual que el plasma dentro de un tokamak, el plasma dentro de LTX tiene forma de rosquilla.El plasma, una sopa de partículas cargadas, está rodeado por un caparazón de cobre con una pared interna de acero inoxidable.
Lucia usó un nuevo dispositivo conocido como Análisis de Materiales y Sonda de Partículas MAPP, inventado en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign e instalado en LTX. El sistema MAPP permite a los científicos extraer muestras en una cámara conectada a LTX y estudiarlassin comprometer el entorno de vacío de LTX. MAPP permite a los científicos analizar cómo los plasmas de tokamak afectan un material inmediatamente después de que finaliza el experimento. En el pasado, los científicos solo podían estudiar muestras después de que la máquina se había apagado por mantenimiento; en ese momento, el vacío se había rotoy las muestras habían sido expuestas a muchos experimentos, así como al aire.
Lucia usó la técnica de evaporación para recubrir una pieza de metal con litio, y luego usó MAPP para exponer el metal al plasma dentro de LTX. Como esperaba, Lucia observó óxido de litio, que se forma cuando el litio reacciona con el oxígeno residual en la cámara de vacío de LTXSin embargo, se sorprendió al descubrir que el compuesto era tan capaz de absorber el deuterio como el litio puro.
"Matt descubrió que incluso después de que se permitió que el recubrimiento de litio se asentara en los componentes de plasma dentro de LTX y se oxidara, todavía podía unir hidrógeno", dijo Kaita.
"Durante un tiempo, pensamos que tenía que tener litio de alta pureza porque pensamos que si el litio ya tiene una pareja de baile, oxígeno, no va a bailar con hidrógeno", dijo Mike Jaworski, físico investigadoren PPPL y coautor del artículo: "Pensamos que una vez oxidado, el litio sería químicamente inerte. Pero, de hecho, descubrimos que el litio tomará todos los compañeros de baile que pueda obtener".
Los resultados de Lucia son la primera evidencia directa de que el óxido de litio se forma en las paredes de tokamak y que retiene los isótopos de hidrógeno al igual que el litio puro. Apoyan la observación de que el óxido de litio puede formarse tanto en el grafito como en las baldosas en NSTX y enmetal y mejorar el rendimiento del plasma.
Los resultados respaldan hallazgos anteriores relacionados con el Experimento Nacional Torus Esférico NSTX de PPPL, un tokamak. En 2010, los científicos colocaron un gran anillo de metal cubierto con litio en el piso del recipiente de vacío de NSTX. Este dispositivo, conocido como el Desviador de Litio Líquido LLD, fue el primer intento de crear una gran superficie metálica recubierta de litio dentro de NSTX. Más tarde, después de que el desviador NSTX había sido expuesto al oxígeno residual en el recipiente de vacío, los científicos estudiaron la superficie del desviador. Los investigadores calentaron el desviador y detectaron deuterioEl hallazgo insinuó que el deuterio había quedado atrapado por el óxido de litio en el LLD, pero la evidencia no era definitiva.
Estos nuevos hallazgos indican que el litio dentro de los tokamaks puede no tener que ser tan puro como se pensaba. También muestran que si las losetas de carbono en NSTX, ahora la Actualización del Experimento Nacional Torus Esférico NSTX-U, se reemplazan con metalrecubiertos con litio, el rendimiento del plasma no debería disminuir ". La clave es que podemos seguir usando la evaporación de litio si vamos a paredes de metal en NSTX-U", dijo Kaita.
El equipo tiene que investigar más para determinar si estos hallazgos se aplicarán a las futuras máquinas de plasma, que podrían tener paredes de metal líquido que pudieran contener tanto litio como óxido de litio ". Si queremos extrapolar nuestros resultados a un reactor de fusión,tenemos que preguntarnos si los experimentos son indicativos del rendimiento que podríamos esperar en el futuro ", dijo Jaworski. El siguiente paso en esta investigación implicaría medir con precisión la tasa de retención de hidrógeno de litio puro y oxidado, y compararlos rigurosamente.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Princeton Plasma Physics Laboratory . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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