Viisi mahdollistavaa teknologiaa, joita fuusioteollisuus tarvitsee

Fuusioenergia tarvitsee muutakin kuin jatkuvaa fuusioreaktiota, ennen kuin se voi auttaa maailmaa tuottamaan riittävästi hiilineutraalia energiaa. Yhdysvaltain energiaministeriö on määritellyt tutkimus- ja kehityssuunnitelman teknologioiden ja prosessien sarjalle fuusion mahdollistamiseksi.

Kaksi DOE:n virkailijaa nimesi viisi näistä kiireellisistä teknologioista a verkkoseminaari Torstaina isännöi National Academies of Science, Engineering and Medicine (NASEM). Lisää käsitellään vuoden 2021 NASEMissa raportti joka vaatii nopeaa fuusiota mahdollistavan tekniikan kehittämistä:

"Vaikka tätä usein lykätään tulevaisuuteen, taloudellisen fuusioenergian tavoite seuraavien vuosikymmenten aikana Yhdysvaltojen strategisena intressinä ajaa tarvetta lisätä nopeasti mahdollistavien materiaalien, komponenttien ja fuusioydinteknologioiden tutkimusta ja kehitystä."

Viisi korostettua torstaita sisältävät:

1 Fuusiokestävät materiaalit

Plasma, jossa fuusioreaktio tapahtuu, voi olla kuumempi kuin aurinko. Voimakas magneettikenttä tai inertia voi rajoittaa plasmaa puskuroimalla sen reaktorin seinistä ja komponenteista, mutta fuusioreaktorit vaativat kuitenkin materiaaleja, jotka kestävät äärimmäistä lämpöä ja neutronien pommituksia, jotka vapautuvat vedyn isotooppien muuttuessa heliumiksi.

Mahdollisten materiaalien testaamiseksi tutkijoiden on tuotettava fuusioreaktion kaltaisia ​​olosuhteita.

"Fuusioprototyyppiselle neutronilähteelle on erittäin kova tarve materiaalitietojen keräämiseksi, mikä voi kestää useita vuosia altistumista", sanoi Scott Hsu, DOE:n johtava fuusiokoordinaattori. Vaikka tämä neutronilähde on kehitteillä, hän lisäsi, koneoppiminen ja materiaalien testaus voivat auttaa kaventamaan ehdokasmateriaalien määrää.

On myös mahdollista välttää materiaalit kokonaan käyttämällä "todella muuttuvia ensimmäinen seinä- ja peittomalleja, joissa ei ehkä ole edes mitään kiinteää materiaalia plasmaa päin, ja se melkein sivuuttaa materiaalikysymyksen", Hsu sanoi. "Ja meidän on pidettävä nämä ideat pöydällä."

2 Tritium-kasvattaja

Yleisimmät fuusioreaktorimallit käyttävät kahta vedyn isotooppia - deuteriumia (²H) ja tritium (³H) – polttoaineena.

"Jos aiomme käyttää deuterium-tritium-polttoainekiertoa, meidän on otettava lämpö pois ja tuotettava tritiumia", sanoi Richard Hawryluk, DOE:n tiedetoimiston vanhempi tekninen neuvonantaja ja vuoden 2021 NASEM-raportin puheenjohtaja. .

"Erityinen haaste on tarve sulkea polttoainekierto turvallisesti ja tehokkaasti", tuossa raportissa todetaan, "joka deuterium-tritium-fuusiosuunnitelmissa edellyttää peitteiden kehittämistä tritiumin kasvattamiseksi ja erottamiseksi sekä polttoaineen lisäämiseksi, uuvuttamiseksi, rajoittamiseksi, tritiumin uuttaminen ja erottaminen merkittäviä määriä."

3 Pakokaasujärjestelmä

Osa fuusioreaktiossa syntyvästä käsittämättömästä lämmöstä käytetään sähkön tuottamiseen, mutta ensin se on hallittava, eikä tavallinen keittiön tuuletin toimi.

"Täydellinen tutkimusohjelma edellyttää testilaitoksia, jotka tuottavat ympäristöjä, jotka ovat yhä samankaltaisempia kuin fuusiovoimalaitos, jotta voidaan arvioida reaktorin kannalta merkityksellistä pakokaasujen käsittelyä fuusioneutroniympäristössä", NASEM-raportissa todetaan.

4 tehokkaampaa laseria

DOE:n National Ignition Facility (NIF) juhli kauan haettua saavutusta joulukuussa, kun se sai aikaan fuusioreaktion, joka vapautti enemmän energiaa (3.15 megajoulea) kuin sen sytyttäneen laserin säteet (2.05 megajoulea). Mutta laserin tehoon kului 300 megajoulea.

Lopulta tällaiset laserit saavat virtaa käynnistyksensä jälkeen fuusioreaktorista tulevalla sähköllä. Mutta tehokkaammat laserit tarkoittavat tehokkaampia reaktoreita, jotka jättävät enemmän tehoa käyttäjälle tai verkkoon.

5 Toisto

Ei riitä, että laser on tehokas. Sen on myös toimittava vähemmän kuin musketti ja enemmän kuin konekivääri.

"Upea tulos NIF:ssä", Hawryluk sanoi, "pääsimme siihen pisteeseen tekemällä muutaman laukauksen vuodessa. Sinun on kyettävä päästä pisteeseen, jossa teet muutaman laukauksen sekunnissa tai laukauksen sekunnissa, joten myös toistotaajuus on se, joka meidän on hallittava."

Tämä lisää toistotiheyttä prosessin jokaisessa vaiheessa polttoainekapselista alkaen. Lehden mukaan tiede, "Miljoona kapselia päivässä pitäisi valmistaa, täyttää, sijoittaa, puhaltaa ja siivota pois – valtava insinöörihaaste."

LISÄTIETOJAFuusio on tulossa välttämättömäksi sijoitukseksi, DOE Official sanooBy Jeff McMahon