Роль лития в удержании топлива
Литий считается ключевым компонентом будущих коммерческих термоядерных электростанций, известных как токамаки. Существует несколько способов использования этого металла для улучшения процесса. Однако оставался ключевой вопрос: как сильно это влияет на количество топлива, удерживаемого стенками токамаков?
Согласно новому исследованию, основным фактором удержания топлива является совместное осаждение — процесс, при котором топливо удерживается вместе с литием. Совместное осаждение может происходить с литием, который непосредственно добавляется во время плазменных операций, или с литием, который ранее был нанесён на стенки, а затем стёрся и был повторно нанесён.
Исследование также показало, что добавление лития во время работы более эффективно, чем предварительное покрытие стенок литием, с точки зрения создания равномерной температуры от ядра плазмы до её края. Это может помочь создать стабильные условия плазмы, необходимые для коммерческого термоядерного синтеза.
Результаты исследования
Исследование, опубликованное в журнале Nuclear Materials and Energy, является первым, в котором напрямую сравнивается количество топлива, удерживаемого литиевыми покрытиями, нанесёнными внутри токамака до начала термоядерной операции, с порошкообразным литием, впрыскиваемым в плазму во время термоядерной реакции.
Исследование показало, что толщина литиевого покрытия, нанесённого до плазменного выстрела, существенно не влияет на количество удерживаемого топлива. «Оказывается, особого смысла делать такие покрытия очень толстыми нет», — сказала Мария Морбей, ведущий автор исследования и кандидат наук в голландском Институте фундаментальных энергетических исследований (DIFFER) и Технологическом университете Эйндховена. «Большая часть удержания топлива происходит, когда литий добавляется во время плазменного выстрела, а не заранее».
Применение лития в токамаках
Флориан Эффенберг, научный сотрудник лаборатории Принстонской плазменной физики (PPPL) Министерства энергетики США (DOE), отметил, что литий является ведущим кандидатом для этой работы. Инъекция порошка предлагает практический мост к полностью жидким литиевым стенкам.
В дополнение к другим исследователям из PPPL, команда также включала людей из DIFFER, Технологического университета Эйндховена, General Atomics, Sandia National Laboratories, Auburn University, University of Tennessee-Knoxville, University of California-San Diego и Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL).
Литий может плавиться, создавая самовосстанавливающийся слой на внутренних компонентах термоядерного сосуда. Этот защитный слой может помочь защитить некоторые части, которые непосредственно сталкиваются с плазмой, от её интенсивного и потенциально разрушительного тепла.
Магниевый оксид как кандидат для квантовых технологий
Исследование квантовых свойств магниевого оксида
Магниевый оксид, используемый в промышленности и здравоохранении, также может быть хорошим кандидатом для квантовых технологий. Исследование, проведённое под руководством Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) и опубликованное в npj Computational Materials, выявляет дефект в минерале, который может быть полезен для квантовых приложений.
Исследователи изучают возможные строительные блоки, известные как кубиты, для систем, которые могут использовать квантовые свойства. Эти системы могут работать в различных устройствах, которые могут превосходить классические суперкомпьютеры, формировать не взломанные сети или обнаруживать самые слабые сигналы.
Потенциал магниевого оксида для квантовых технологий
При исследовании материалов для кубитов ключевым фактором является когерентность: время, в течение которого кубит может сохранять своё состояние, прежде чем его окружение нарушит это состояние.
Исследование 2022 года предсказало, что магниевый оксид может обладать длительным временем когерентности для спиновых дефектов. В новом исследовании учёные из Аргоннской национальной лаборатории и их коллеги из Чикагского университета и Линчёпингского университета в Швеции изучили потенциал, отмеченный в более раннем исследовании.
Используя высокопроизводительный скрининг, команда просеяла почти 3000 дефектов в магниевом оксиде. Среди характеристик, которые они искали, особое значение для кубитов имеют взаимодействие дефекта со светом и спиновые свойства дефекта.
Победителем стал азот-вакансионный центр, аналогичный тому, что изучен в алмазе. Азот-вакансионный центр в магниевом оксиде состоит из атома азота (допант) рядом с отсутствующим атомом магния (вакансия).
Теперь, когда расчёты в статье подтвердили идею о том, что азот-вакансионный центр в магниевом оксиде может быть использован в качестве кубита для хранения информации, следующим шагом является сотрудничество с экспериментальными учёными для синтеза такого кубита в лаборатории, сказала Морбей.