Pet spodbujevalnih tehnologij, ki jih bo potrebovala fuzijska industrija

Fuzijska energija potrebuje več kot le trajno fuzijsko reakcijo, preden lahko pomaga svetu proizvesti dovolj ogljično nevtralne energije. Ameriško ministrstvo za energijo je določilo program raziskav in razvoja za nabor tehnologij in procesov, ki omogočajo fuzijo.

Dva uradnika DOE sta imenovala pet teh nujnih tehnologij v a Webinar Četrtek gosti Nacionalne akademije znanosti, tehnike in medicine (NASEM). Več je zajetih v NASEM 2021 poročilo ki spodbuja hiter razvoj tehnologije, ki omogoča fuzijo:

"Čeprav se to pogosto odlaga za prihodnost, cilj gospodarne fuzijske energije v naslednjih nekaj desetletjih kot strateški interes ZDA spodbuja potrebo po hitrem povečanju raziskav in razvoja omogočajočih materialov, komponent in fuzijskih jedrskih tehnologij."

Pet poudarjenih četrtkov vključuje:

1 Materiali, odporni proti fuziji

Plazma, kjer pride do fuzijske reakcije, je lahko bolj vroč kot sonce. Močno magnetno polje ali vztrajnost lahko omeji plazmo in jo zavaruje pred stenami in komponentami reaktorja, vendar bodo fuzijski reaktorji kljub temu potrebovali materiale, ki lahko prenesejo ekstremno vročino in bombardiranje z nevtroni, ki se sproščajo, ko se izotopi vodika pretvorijo v helij.

Za testiranje potencialnih materialov morajo znanstveniki ustvariti pogoje, podobne fuzijski reakciji.

"Obstaja zelo velika potreba po fuzijskem prototipnem viru nevtronov, da bi lahko zbirali podatke o materialih, kar lahko traja več let izpostavljenosti," je dejal Scott Hsu, glavni koordinator za fuzijo pri DOE. Medtem ko je vir nevtronov v razvoju, je dodal, lahko strojno učenje in testiranje materialov pomaga zmanjšati število kandidatov za materiale.

Obstaja tudi možnost, da se popolnoma izognemo materialom z uporabo "resnično transformativnih zasnov prve stene in odeje, kjer morda sploh nimate nobenega trdnega materiala, obrnjenega proti plazmi, in s tem se skoraj izognete vprašanju materialov," je dejal Hsu. "In te ideje moramo obdržati na mizi."

2 Žlahtnitelj tritija

Najpogostejši dizajni fuzijskih reaktorjev uporabljajo dva izotopa vodika – devterij (²H) in tritij (³H) - kot gorivo.

"Če bomo uporabljali gorivni cikel devterij-tritij, bomo morali pridobivati ​​toploto in razmnoževati tritij," je dejal Richard Hawryluk, višji tehnični svetovalec pri Uradu za znanost DOE in predsednik poročila NASEM za leto 2021 .

»Poseben izziv je potreba po varnem in učinkovitem zaključku gorivnega cikla,« navaja to poročilo, »kar za zasnove fuzije devterija in tritija vključuje razvoj odej za razmnoževanje in ekstrakcijo tritija, kot tudi dovajanje goriva, izčrpavanje, omejevanje, pridobivanje in ločevanje tritija v znatnih količinah.

3 Izpušni sistem

Nekaj ​​neznanske toplote, ki nastane pri fuzijski reakciji, bo uporabljeno za proizvodnjo energije, vendar jo je treba najprej upravljati in vaš standardni kuhinjski ventilator ne bo zadostoval.

"Celoten raziskovalni program bo zahteval preskusne naprave, ki proizvajajo okolja, ki so vse bolj podobna fuzijski elektrarni, da bi ocenili ravnanje z izpušnimi plini, pomembnimi za reaktor, v okolju fuzijskih nevtronov," navaja poročilo NASEM.

4 bolj učinkoviti laserji

Državna naprava za vžig (NIF) DOE je decembra praznovala dolgo pričakovani dosežek, ko je sprožila fuzijsko reakcijo, ki je sprostila več energije (3.15 megajoula) kot žarki laserja, ki jo je vžgal (2.05 megajoula). Toda za napajanje laserja je bilo potrebnih 300 megajoulov.

Sčasoma se bodo takšni laserji po zagonu napajali z elektriko iz fuzijskega reaktorja. Toda učinkovitejši laserji pomenijo učinkovitejše reaktorje, ki pustijo več energije uporabniku ali omrežju.

5 Ponovitev

Ni dovolj, da je laser učinkovit. Prav tako mora delovati manj kot mušketa in bolj kot mitraljez.

»Čudovit rezultat pri NIF,« je dejal Hawryluk, »do te točke smo prišli tako, da smo naredili nekaj posnetkov na leto. Moraš biti sposoben priti do točke, ko narediš nekaj strelov na sekundo ali strel na sekundo, zato moramo obvladati tudi stopnjo ponavljanja.«

To poveča stopnjo ponavljanja za vsak korak v procesu, začenši s kapsulo za gorivo. Glede na revijo Znanost, "En milijon kapsul na dan bi bilo treba izdelati, napolniti, namestiti, razstreliti in pospraviti - velik inženirski izziv."

VEČ OD FORBESUradnik DOE pravi, da bo fuzija postala nujna naložbaBy Jeff McMahon