托卡马克墙上的氧化锂可以改善等离子体的性能

这项研究由前普林斯顿大学物理研究生MattLucia在PPPL主要研究物理学家，Lucia论文顾问之一RobertKaita以及从事机械工作的科学家团队(称为LithiumTokamakExperiment)进行。LTX)。作为论文的一部分，露西娅研究了锂沉积在甜甜圈形融合机(称为托卡马克)壁上的锂如何影响LTX的性能。像托卡马克中的等离子体一样，LTX内的等离子体形状像甜甜圈。等离子体是一种带电粒子的汤，周围是铜壳，内壁由不锈钢制成。

Lucia使用了一种名为材料分析和粒子探针(MAPP)的新设备，该设备由伊利诺伊大学厄本那-香槟分校发明并安装在LTX上。MAPP系统允许科学家将样品取出到与LTX相连的腔室中，并在不影响LTX真空环境的情况下对其进行研究。MAPP让科学家们可以分析实验结束后托卡马克等离子体如何立即影响材料。在过去，科学家只能在机器关闭进行维护后才能研究样品;那时，真空已经被打破，样品已经暴露在许多实验中，也暴露在空气中。

露西亚使用蒸发技术用锂涂覆一块金属，然后使用MAPP将金属暴露在LTX内的等离子体中。正如他所料，露西亚观察到锂氧化物，当锂与LTX真空室中的残余氧反应时形成。然而，他惊讶地发现这种化合物与纯锂一样能吸收氘。

“Matt发现即使在锂涂层被允许放置在LTX内的等离子体组件上并氧化之后，它仍然能够结合氢气，”Kaita说。

“有一段时间，我们认为你必须拥有高纯度锂，因为我们认为如果锂已经拥有一个舞伴-氧气-它不会与氢气共舞，”PPPL研究物理学家MikeJaworski说。和该论文的共同作者。“我们认为，一旦它被氧化，锂就会化学惰性。但实际上我们发现锂会吸收所有可以获得的舞伴。”

露西亚的结果是第一个直接证据表明氧化锂在托卡马克墙上形成，并且它保留氢同位素以及纯锂。他们支持观察到氧化锂可以在石墨(如NSTX中的瓷砖)和金属上形成，并改善等离子体性能。

该结果支持过去的研究结果，涉及PPPL的国家球形环面实验(NSTX)，一种托卡马克。2010年，科学家在NSTX真空容器的地板上放置了一个涂有锂的大金属环。这种被称为液体锂离子转换器(LLD)的器件是首次在NSTX内部制造大型锂涂层金属表面的尝试。后来，在NSTX偏滤器暴露于真空容器中的残余氧气之后，科学家研究了偏滤器的表面。研究人员加热了偏滤器并检测出氘。该发现暗示氘已被LLD中的氧化锂捕获，但证据并非确定。

这些新发现表明托卡马克内的锂可能不一定像曾经想象的那样纯净。他们还表明，如果NSTX中的碳瓦，现在是国家球形圆环实验升级版(NSTX-U)，用金属瓦替换并涂有锂，则等离子体性能不应下降。“关键是我们可以继续使用锂蒸发，如果我们去NSTX-U的金属墙，”凯塔说。

该团队必须进行更多研究，以确定这些发现是否适用于未来的等离子机，这些机器可能有流动的液态金属壁，可能同时含有锂和氧化锂。“如果我们想将我们的结果推断到聚变反应堆，我们不得不问这些实验是否表明我们未来可以期待的性能，”Jaworski说。本研究的下一步需要精确测量纯锂和氧化锂的氢保留率，并对其进行严格比较。

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