Американская компания Marathon Fusion разделяет изотопы водорода и лития с помощью плазменной центрифуги

Репортаж от Wedoany，Американская компания Marathon Fusion объявила об успешном разделении изотопов водорода и лития с помощью специализированной плазменной центрифуги. Этот результат означает, что единый электромагнитный метод может одновременно выполнять две задачи: рециклинг отработанного топлива и обогащение сырья для будущих термоядерных электростанций. Деннис Уайт (Dennis Whyte), профессор ядерной науки и техники Массачусетского технологического института (MIT), отметил, что благодаря реализации селективной откачки трития данная технология способна повысить производительность термоядерных электростанций и значительно сократить требуемые запасы трития.

Коммерческие термоядерные электростанции вырабатывают энергию за счёт слияния дейтерия и трития в магнитной камере, однако топливный цикл долгое время сталкивается с двумя узкими местами. Во-первых, в каждом цикле реактор сжигает лишь небольшое количество трития, и значительные объёмы несгоревших радиоактивных отходов требуют быстрой очистки и рециклинга; во-вторых, тритий в природе практически не встречается в заметных количествах, поэтому реактору необходимо воспроизводить собственное топливо путём бомбардировки нейтронами литийсодержащего бланкета. Традиционные газовые центрифуги полагаются на высокоскоростное вращение механического ротора, выталкивающего более тяжёлые атомы наружу, однако лёгкие газы, такие как водород, обладают крайне высокой скоростью теплового движения, и ротор должен достигать очень больших оборотов для обеспечения разделения, что металлические или углеродные волокнистые роторы с трудом выдерживают из-за физических нагрузок.

Плазменная центрифуга предлагает альтернативный путь. Когда электрическая и магнитная силы пересекаются в камере, заряженные частицы плазмы приводятся во вращение со сверхзвуковой скоростью. Компания Marathon Fusion эксплуатирует устройство в режиме частичной ионизации, когда лишь небольшое количество атомов газа заряжено; эти заряженные частицы постоянно сталкиваются с нейтральными атомами, приводя всю газовую смесь во вращение с высокой скоростью. Центробежная сила отбрасывает более тяжёлые изотопы к стенкам контейнера, тогда как более лёгкие изотопы остаются в центральной области, что обеспечивает разделение и одновременно позволяет избежать проблем с повреждением ранних плазменных сепараторов из-за экстремального нагрева. При подключении устройства к выхлопному трубопроводу реактора оно может выполнять задачу, называемую «дифференциальной откачкой», отделяя более тяжёлые дейтерий и тритий от гелиевых отходов и более лёгких примесей протия до поступления газа на нижестоящий перерабатывающий завод. Такой метод прямого разделения позволяет сократить общий объём оборудования для переработки топлива более чем на 90% и значительно снизить количество радиоактивного трития, которое необходимо хранить на площадке завода.

Тот же механизм может использоваться для обработки лития, необходимого для теплоносителя реактора и воспроизводящего бланкета. Жидкие расплавленные соли, такие как FLiBe, требуют лития, обогащённого литием-6, для воспроизводства нового трития, или лития-7 для охлаждения систем деления. В настоящее время большая часть мировых поставок концентрированного лития зависит от Китая и России, где используются устаревшие химические процессы, требующие больших объёмов токсичной ртути. Плазменная центрифуга предлагает сухую, нехимическую альтернативу, позволяющую полностью отказаться от обращения со ртутью.

Экспериментальные результаты аппаратных испытаний соответствуют прогнозам компьютерной модели магнитогидродинамики компании. При финансировании по программе ARPA-E «VISION OPEN» Министерства энергетики США инженеры разрабатывают многоступенчатую конфигурацию системы и планируют построить коммерческую пилотную установку для поставки обогащённых изотопов будущим термоядерным установкам электросетевого масштаба.