Pet naprednih tehnologija koje će trebati fuzijska industrija

Fuzijska energija treba više od kontinuirane fuzijske reakcije prije nego što može pomoći svijetu u proizvodnji dovoljno ugljično neutralne energije. Ministarstvo energetike SAD-a utvrdilo je program istraživanja i razvoja za skup tehnologija i procesa koji omogućuju fuziju.

Dva dužnosnika DOE-a imenovala su pet od tih hitnih tehnologija u a Webinar Četvrtak u organizaciji Nacionalnih akademija znanosti, inženjerstva i medicine (NASEM). Više je pokriveno u NASEM-u za 2021 prijaviti koji potiče brzi razvoj tehnologije koja omogućuje fuziju:

"Iako se to često odgađa za budućnost, cilj ekonomične fuzijske energije u sljedećih nekoliko desetljeća kao strateški interes SAD-a pokreće potrebu za brzim povećanjem istraživanja i razvoja materijala, komponenti i fuzijske nuklearne tehnologije."

Pet istaknutih četvrtaka uključuje:

1 Materijali otporni na fuziju

Plazma u kojoj dolazi do reakcije fuzije može biti toplije od sunca. Snažno magnetsko polje ili inercija mogu ograničiti plazmu, odvajajući je od stijenki i komponenti reaktora, ali će fuzijski reaktori svejedno zahtijevati materijale koji mogu podnijeti ekstremnu toplinu i bombardiranje neutronima koji se oslobode kada se izotopi vodika transformiraju u helij.

Kako bi testirali potencijalne materijale, znanstvenici moraju stvoriti uvjete slične reakciji fuzije.

"Postoji velika potreba za fuzijskim prototipom izvora neutrona koji bi mogao prikupiti podatke o materijalima, što može trajati mnogo godina izloženosti", rekao je Scott Hsu, vodeći koordinator za fuziju DOE-a. Dok je taj izvor neutrona u razvoju, dodao je, strojno učenje i testiranje materijala mogu pomoći suziti broj potencijalnih materijala.

Također postoji mogućnost da se potpuno izbjegnu materijali korištenjem "istinski transformativnih prvih zidova i dizajna pokrivača, gdje možda nemate nikakav čvrsti materijal okrenut prema plazmi, a to gotovo zaobilazi pitanje materijala", rekao je Hsu. "I moramo zadržati te ideje na stolu."

2 Uzgajivač tricija

Najčešći dizajni fuzijskog reaktora koriste dva izotopa vodika — deuterij (²H) i tricij (³H)—kao gorivo.

"Ako ćemo koristiti ciklus goriva deuterij-tricij, morat ćemo izvući toplinu i uzgajati tricij", rekao je Richard Hawryluk, viši tehnički savjetnik u Uredu za znanost DOE-a i predsjedatelj izvješća NASEM-a za 2021. .

“Poseban izazov je potreba za sigurnim i učinkovitim zatvaranjem gorivnog ciklusa,” navodi se u tom izvješću, “što za dizajne fuzije deuterija i tricija uključuje razvoj pokrivača za uzgoj i ekstrakciju tricija, kao i punjenje gorivom, iscrpljivanje, ograničavanje, ekstrahiranje i odvajanje tricija u značajnim količinama.”

3 Ispušni sustav

Dio nesagledive topline proizvedene u fuzijskoj reakciji koristit će se za proizvodnju energije, ali prvo se njome mora upravljati, a vaš standardni kuhinjski ventilator neće poslužiti.

"Cjeloviti istraživački program zahtijevat će ispitna postrojenja koja proizvode okruženja koja su sve sličnija fuzijskim elektranama kako bi se procijenilo rukovanje ispušnim plinovima relevantnim za reaktor u okruženju fuzijskog neutrona", navodi se u izvješću NASEM-a.

4 učinkovitija lasera

Nacionalno postrojenje za paljenje DOE-a (NIF) proslavilo je dugo traženo postignuće u prosincu kada je pokrenulo fuzijsku reakciju koja je oslobodila više energije (3.15 megadžula) nego zrake lasera koji su ga zapalili (2.05 megadžula). Ali za napajanje lasera bilo je potrebno 300 megadžula.

Na kraju će se takvi laseri, nakon pokretanja, napajati električnom energijom iz fuzijskog reaktora. Ali učinkovitiji laseri znače učinkovitije reaktore, ostavljajući više energije za korisnika ili mrežu.

5 Ponavljanje

Nije dovoljno da laser bude učinkovit. Također mora djelovati manje kao mušketa, a više kao mitraljez.

“Divan rezultat na NIF-u,” rekao je Hawryluk, “do te točke smo došli radeći nekoliko snimaka godišnje. Morate biti u stanju doći do točke u kojoj radite nekoliko udaraca u sekundi, ili hitac u sekundi, tako da je stopa ponavljanja također ono što moramo savladati.”

To povećava stopu ponavljanja za svaki korak u procesu, počevši od kapsule goriva. Prema časopisu Znanost, "Jedan milijun kapsula dnevno bi trebalo biti napravljeno, napunjeno, postavljeno, razneseno i uklonjeno - veliki inženjerski izazov."

VIŠE OD FORBESAFuzija će uskoro postati neizostavna investicija, kaže dužnosnik DOE-aBy Jeff McMahon