En un reactor de fusión de confinamiento de campo magnético, mantenemos el plasma de alta temperatura a través de las líneas del campo magnético haciendo flotar el plasma aparte de un recipiente. Sin embargo, se forma inevitablemente un lugar donde impacta el plasma. En tal lugar Para recibir el calor del plasma, se monta un dispositivo de absorción de calor llamado desviador. En los dispositivos experimentales de plasma actuales, incluido el gran dispositivo helicoidal (LHD) en el Instituto Nacional de Ciencia de Fusión (NIFS), se suele utilizar un desviador sólido, donde el plasma se guía a una placa o bloque compuesto de carbono o tungsteno y esas placas o bloques se enfrían con agua. En el Reactor Experimental Termonuclear Internacional (ITER), también, Se está adoptando un desviador sólido compuesto de bloques de tungsteno que se enfriará con agua.

El desviador sólido, porque sufre desgaste por ser golpeado por plasmas de alta temperatura, requiere un mantenimiento frecuente. En NIFS, el reactor de fusión de tipo helicoidal, para los que se avanza en la investigación del diseño, tiene la característica especial de buenas perspectivas de funcionamiento estable. En cambio, porque la estructura es tridimensional y complicada, cómo se llevará a cabo el mantenimiento del desviador se está convirtiendo en una cuestión tecnológica difícil.

En el futuro reactor de fusión, la cantidad de calor que recibirá el desviador aumentará, y existe la preocupación de que el flujo de calor supere sustancialmente el valor de diseño del ITER, que es aproximadamente 20 megavatios por metro cuadrado. Como un desviador que soportará este flujo de calor extremadamente alto, Los métodos que utilizan metal líquido se han propuesto y considerado durante más de 40 años. La idea ha sido recibir el alto flujo de calor con el flujo de litio fundido, estaño, y otros metales líquidos. Si la velocidad del flujo puede exceder varios metros por segundo, entonces el desviador puede resistir el alto flujo de calor del plasma de fusión. Por otra parte, porque las partículas que se han convertido en gas neutro a partir de un plasma se detienen en el desviador, Por tanto, se exige el papel de expulsar esos gases al exterior. En particular, con respecto al reactor de fusión de tipo helicoidal con su complicada estructura, No se había sugerido la idea de un desviador de metal líquido en el que la alta resistencia al calor y el rendimiento de evacuación fueran compatibles.

El grupo de investigación del profesor Junichi Miyazawa, Profesor Akio Sagara, y otros, todo el Instituto Nacional de Ciencia de la Fusión, construyó un nuevo tipo de sistema desviador de ducha de metal líquido que evacua el plasma como gases neutros antes de llegar al recipiente. Apuntaron un chorro fino de metal líquido alineado en condición de ducha a áreas periféricas del plasma de alta temperatura. Utilizaron estaño, que es excelente para baja presión de vapor y por ser económico, y también por seguridad.

En este nuevo método, colocaron el aparato a intervalos en sólo diez lugares dentro del dispositivo de confinamiento toroidal (ver Figura 1). De este modo, el mantenimiento se vuelve mucho más fácil de realizar. En cambio, el área con la que el plasma puede entrar en contacto disminuye, y luego la carga de calor aumenta considerablemente. Si utilizamos un flujo de metal líquido de alta velocidad, entonces esto se convertirá en una contramedida.

Debido a que el plasma de alta temperatura se mueve a lo largo de las líneas del campo magnético, al colocar el metal líquido en una inclinación, se forma una pared fuerte a través de la cual el plasma no puede pasar. (Ver Figura 2 a la izquierda). El plasma neutralizado en la superficie de la ducha de metal líquido pasa a través de los intersticios de la ducha hacia la cara trasera, y así es posible una evacuación eficaz. (Vea la Figura 2 a la derecha).

La ducha de metal líquido puede soportar una carga de calor extremadamente grande que supera en aproximadamente diez veces el valor tolerado por el desviador ITER reciente. Incluso con una carga de calor tan alta, Hemos aprendido que si utilizamos un flujo de metal líquido de 4 metros por segundo, la alta carga de calor se puede bloquear fácilmente. Como se muestra en la Figura 3, porque existe la característica importante en la que cuando el plasma toca la ducha una vez, no golpea el recipiente.

En el desviador de ducha de metal líquido, es necesario un flujo estable a lo largo de unos pocos metros. El flujo se acelera por la gravedad, y cuando el diámetro se vuelve delgado, la superficie se vuelve inestable simultáneamente, gotas caen, y se genera spray. Como un dispositivo que recibe calor, esto no es deseable. Para suprimir la velocidad por la gravedad, insertamos un objeto que se volvería resistencia contra el flujo dentro del líquido. En la resistencia interna, usamos alambre y cinta, o una cadena. Cuál es el mejor variará dependiendo de la variedad del fluido y la velocidad de flujo deseada. Cuando hay resistencia interna, porque el área de alta temperatura y el área de baja temperatura se agitarán fácilmente, también anticipamos el efecto que baja la temperatura más alta y suprime la evaporación del metal líquido.

En este nuevo procedimiento, en comparación con los procedimientos utilizados hasta la fecha que utilizaban carbono y otros sólidos, junto con un rendimiento resistente al calor que crece más de 10 veces, se puede anticipar que también se logrará un alto rendimiento de evacuación. Más lejos, no hay restricciones contra la longevidad del dispositivo debido al desgaste causado por el plasma, y el mantenimiento del dispositivo se vuelve fácil. Debido a que el reactor de fusión helicoidal tiene una estructura tridimensional complicada, se cree que el uso de metal líquido en el dispositivo de recepción de calor será problemático. Pero según esta investigación, se ha indicado que esto será posible.

Estos resultados de investigación se presentaron en la 26a conferencia del Organismo Internacional de Energía Atómica celebrada del 17 al 22 de octubre en Kioto. Japón.

Con respecto al desviador que se espera que soporte la carga de calor extremadamente alta en el reactor de fusión, todavía no había recibido una respuesta. Esta investigación proporcionará un gran avance con respecto a este difícil problema, y será un paso importante hacia la consecución del futuro reactor de fusión.

Respecto a esta investigación, hemos desarrollado una tecnología para estabilizar un caudal que supera varios metros. (La solicitud de patente se encuentra actualmente en revisión). El flujo de líquido, como el agua potable que fluye de los grifos y el agua de los camiones de bomberos, es un fenómeno convencional. Pero en las formas de utilizar el flujo de líquidos se esconden muchas posibilidades. En particular, en un flujo de líquido estable y largo, desde los campos de la agricultura y la química hasta los campos basados ​​en nuestras vidas como el humidificador y la decoración de interiores, hay una amplia variedad de aplicaciones. Incluso como tema de investigación académica, el agua es cautivadora. Si esta investigación llama la atención sobre la utilidad del flujo de líquido, podemos anticipar nuevas actividades en campos de investigación relacionados.