Päť podporných technológií, ktoré bude priemysel jadrovej syntézy potrebovať

Energia jadrovej syntézy potrebuje viac ako len trvalú fúznu reakciu, aby mohla pomôcť svetu produkovať dostatok uhlíkovo neutrálnej energie. Ministerstvo energetiky USA identifikovalo agendu výskumu a vývoja pre súbor technológií a procesov, ktoré umožnia fúziu.

Dvaja predstavitelia DOE vymenovali päť z týchto lisovacích technológií v a Webinar Štvrtok hostí Národná akadémia vied, inžinierstva a medicíny (NASEM). Ďalšie sú zahrnuté v NASEM 2021 správy čo si vyžaduje rýchly vývoj technológie umožňujúcej fúziu:

„Hoci sa to často odkladá do budúcnosti, cieľ ekonomickej jadrovej syntézy v priebehu niekoľkých nasledujúcich desaťročí ako strategický záujem USA poháňa potrebu rýchlo zvýšiť výskum a vývoj podporných materiálov, komponentov a jadrových technológií jadrovej syntézy.

Medzi päť zvýraznených štvrtkov patrí:

1 Materiály odolné voči fúzii

Plazma, kde prebieha fúzna reakcia, môže byť teplejšie ako slnko. Silné magnetické pole alebo zotrvačnosť môže obmedziť plazmu a oddeliť ju od stien reaktora a komponentov, ale fúzne reaktory budú napriek tomu vyžadovať materiály, ktoré dokážu zvládnuť extrémne teplo a bombardovanie neutrónmi, ktoré sa uvoľnia, keď sa izotopy vodíka premenia na hélium.

Na testovanie potenciálnych materiálov musia vedci vytvoriť podmienky podobné fúznej reakcii.

„Existuje veľmi naliehavá potreba fúzneho prototypového neutrónového zdroja, aby bolo možné zhromažďovať materiálové údaje, čo môže trvať mnoho rokov expozície,“ povedal Scott Hsu, vedúci fúzny koordinátor DOE. Zatiaľ čo tento neutrónový zdroj je vo vývoji, dodal, strojové učenie a testovanie materiálov môže pomôcť zúžiť počet kandidátskych materiálov.

Existuje tiež potenciál úplne sa vyhnúť materiálom pomocou „skutočne transformačných dizajnov prvej steny a prikrývky, kde nemusíte mať ani žiadny pevný materiál otočený k plazme, a to takmer obchádza otázku materiálov,“ povedal Hsu. "A my musíme mať tieto nápady na stole."

2 Chovateľ trícia

Najbežnejšie konštrukcie fúznych reaktorov používajú dva izotopy vodíka – deutérium (²H) a trícium (³H) – ako palivo.

„Ak sa chystáme použiť palivový cyklus deutérium-trícium, budeme musieť extrahovať teplo a rozmnožiť trícium,“ povedal Richard Hawryluk, hlavný technický poradca Úradu pre vedu DOE a predseda správy NASEM za rok 2021. .

„Osobitnou výzvou je potreba bezpečne a efektívne uzavrieť palivový cyklus,“ uvádza sa v správe, „ktorá v prípade návrhov fúzie deutérium-trícium zahŕňa vývoj prikrývok na množenie a extrakciu trícia, ako aj dopĺňanie paliva, odsávanie, obmedzovanie, extrakciu a separáciu trícia vo významných množstvách.

3 Výfukový systém

Časť nevyspytateľného tepla produkovaného pri fúznej reakcii sa použije na výrobu energie, ale najprv sa s ním musí zaobchádzať a váš štandardný kuchynský ventilátor to nedokáže.

"Úplný výskumný program si bude vyžadovať testovacie zariadenia produkujúce prostredie, ktoré sa čoraz viac podobá fúznej elektrárni, aby bolo možné posúdiť manipuláciu s energetickými výfukovými plynmi reaktora v prostredí fúznych neutrónov," uvádza sa v správe NASEM.

4 efektívnejšie lasery

Národné zapaľovacie zariadenie DOE (NIF) oslávilo v decembri dlho hľadaný úspech, keď vyvolalo fúznu reakciu, ktorá uvoľnila viac energie (3.15 megajoulov) ako lúče z lasera, ktoré ho zapálili (2.05 megajoulov). Ale na napájanie lasera bolo treba 300 megajoulov.

Nakoniec budú takéto lasery po spustení poháňané elektrinou z fúzneho reaktora. Efektívnejšie lasery však znamenajú efektívnejšie reaktory, ktoré ponechajú viac energie pre užívateľa alebo rozvodnú sieť.

5 Opakovanie

Nestačí, aby bol laser účinný. Musí tiež fungovať menej ako mušketa a viac ako guľomet.

"Úžasný výsledok v NIF," povedal Hawryluk, "dostali sme sa do tohto bodu tým, že sme urobili niekoľko záberov za rok. Musíte byť schopní dostať sa do bodu, kedy robíte niekoľko výstrelov za sekundu alebo výstrel za sekundu, takže musíme zvládnuť aj frekvenciu opakovania.“

To zvyšuje frekvenciu opakovania pre každý krok procesu, počnúc palivovou kapsulou. Podľa denníka veda„Jeden milión kapsúl by bolo potrebné vyrobiť, naplniť, umiestniť, odpáliť a vyčistiť – obrovská inžinierska výzva.“

VIAC OD FORBESFusion sa čoskoro stane nevyhnutnou investíciou, hovorí predstaviteľ DOEBy Jeff McMahon