14:38 2022-05-25
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Experții în fuziune abordează strategiile de răcire pentru ciclul combustibilului de fuziune
_ Experții Fusion abordează strategiile de răcire pentru Ciclul combustibilului de fuziune
Pentru a obține energie practică din fuziune, căldura extremă din componenta „pătură” a sistemului de fuziune trebuie extrasă în siguranță și eficient. Experții în fuziune a Laboratorului Național Oak Ridge explorează modul în care micile obstacole imprimate 3D plasate în țevile înguste ale unui sistem de răcire personalizat ar putea fi o soluție pentru îndepărtarea căldurii de pe pătură.
O echipă de la ORNL testează. această abordare într-un sistem de buclă a fluxului de heliu construit pentru a determina care geometrii sunt cele mai eficiente în a ajuta fluxul de gaz în mișcare continuă, răcind structurile metalice. Efortul reunește expertiza în tehnologia de fuziune a ORNL cu capabilitățile avansate de producție ale laboratorului.
În sistemele de fuziune, pătura este o componentă care absoarbe căldura în interiorul reactorului, înconjurând plasma în interiorul vasului de vid pentru a proteja celelalte componente de caldura extrema. Pătura are de obicei o grosime între 0,5 și 1,5 metri. În plus, pătura joacă un rol esențial în captarea energiei termice de la neutroni și în generarea combustibilului de fuziune.
„Ne ocupăm de o problemă de cercetare a fuziunii care a fost sever substudiată încă din anii 1990, când oamenii de știință au identificat pentru prima dată că unele perturbațiile pot crește transferul de căldură”, a spus Charles Kessel, liderul Secțiunii de știință, tehnologie și inginerie nucleară de fuziune a ORNL și director al Laboratorului virtual de tehnologie.
În timp ce instalația internațională de fuziune ITER este în curs de asamblare și alte dispozitivele de fuziune sunt în funcțiune sau în curs de dezvoltare, există în continuare o nevoie globală de soluții tehnologice de răcire pentru a susține o viitoare instalație pilot de fuziune.
Pentru a produce energie electrică din viitoarele reactoare de fuziune, plasma trebuie să atingă temperaturi mai calde decât soarele. . Este necesar un sistem de răcire pentru a evita deteriorarea componentelor vitale ale reactorului, asigurându-vă în același timp că miezul dispozitivului continuă să funcționeze la temperaturi ridicate și atinge o generare eficientă de energie.
În ultimele decenii, cercetătorii au dezvoltat și idei testate despre cum să faceți acest lucru folosind sisteme pe bază de apă. Dar heliul oferă mai multe avantaje față de apă în mediul reactorului de fuziune la temperatură înaltă, variind de la siguranță la compatibilitatea materialelor și eficiența ridicată a conversiei termice.
„Apa nu funcționează bine cu martensitic feritic cu activare redusă, sau RAFM, un tip de oțel pe care comunitatea materialelor l-a dezvoltat ca o posibilă componentă cheie pentru reactorul de fuziune. Ca să nu mai vorbim de faptul că utilizarea apei ar putea reprezenta și un risc de contaminare în cazul unei scurgeri", a spus Kessel.
În plus. , apa are potențialul de a interacționa cu compușii de litiu folosiți pentru producerea tritiului, principalul candidat pentru alimentarea reactoarelor de fuziune. De asemenea, necesită presiuni foarte mari pentru a rămâne lichid la anumite temperaturi și are potențialul de a provoca coroziune.
Heliul are avantaje semnificative față de apă. Cea mai importantă trăsătură pentru fuziune este că heliul poate rezista la temperaturi atât de ridicate cât este necesar și este limitat doar de materialele solide care îl conțin. În plus, este mai eficient decât apa sau aburul atunci când transformă energia termică în electricitate, din cauza toleranței la temperaturi ridicate.
Pentru a studia rolul pe care l-ar putea juca heliul ca agent de răcire, cercetătorii de fuziune ORNL au trebuit să depășească un alt provocare. Chiar dacă răcirea cu heliu a fost evidențiată ca fiind una dintre nevoile de nivel superior pentru studiile generale de fuziune în cadrul procesului de planificare a comunității de fuziune a Societății Americane de Fizică-Divizia de Fizică a Plasmei 2019-2020 din SUA, infrastructura pentru a face această cercetare o realitate nu era încă în vigoare. . De aceea, Kessel și echipa sa au decis să-și construiască propria lor.
Bucla de testare – care constă dintr-o pompă, o rețea de țevi și o secțiune de testare asamblată într-o formă de cub de 10 picioare – pare simplă, dar necesită multe reglaje fine.
„În prezent, testăm ansamblul pentru eventuale scurgeri și, în săptămânile următoare, vom începe să testăm presiunea, care va crește până când ajungem la 600 de lire sterline pe inch pătrat, sau aproximativ 40 de atmosfere. ,” a spus Kessel.
Un labirint precis
Răcirea cu heliu vine cu provocări, inclusiv ușurința sa atât în greutate, cât și în densitate, ceea ce face dificilă eliminarea eficientă a căldurii de gaz.< /p>
Pentru a rezolva această problemă, Kessel și echipa sa au dezvoltat o soluție inovatoare: un set de țevi special concepute care prezintă mici obstacole imprimate 3D în interiorul tuburilor pentru a ajuta heliul să-și găsească drumul prin sistemul de răcire și pentru a evita stagnarea . Când fluxul de heliu lovește obstacolele, se creează o turbulență care forțează gazul în direcții diferite, ceea ce, la rândul său, îmbunătățește îndepărtarea și amestecarea căldurii acestuia.
Dar forma, dimensiunea și poziția acestor obstacole nu pot. fi lăsat la voia întâmplării. Pentru a găsi cel mai eficient design, echipa a adunat date geometrice utilizând simulări computaționale de dinamică a fluidelor.
„Deși ideea de a folosi canale de curgere pline de obstacole pentru a îmbunătăți eliminarea căldurii heliului plutește de mult timp. de două decenii, ne-a lipsit întotdeauna un studiu sistematic al modului în care diferitele tipuri de perturbări se implică cu gazul. Acest nivel de precizie va fi necesar atunci când se abordează proiectarea viitoarelor reactoare de fuziune", a spus Kessel.
Cu calculul , oamenii de știință pot dezvolta modele optimizate de turbulență de heliu capabile să funcționeze eficient în reactoarele de fuziune. Până acum, echipa a produs aproximativ 10 modele diferite de perturbări. Ei se așteaptă ca geometriile să devină din ce în ce mai complexe, așa că se bazează pe tehnici avansate de fabricație pentru a produce noi secțiuni de testare.
„Aștept cu nerăbdare comparațiile detaliate ale fluxului de heliu estimat computațional prin aceste perturbații, cuplate cu experimente. vizualizarea acelor modele de flux. Acest lucru va duce studiul răcirii cu heliu și înțelegerea comportamentelor sale de flux la următorul nivel, unde previziunile pot fi transformate cu încredere în proiecte reale", a spus Kessel.
Comentarii:
Adauga Comentariu