Piecas pamattehnoloģijas, kas būs nepieciešamas kodolsintēzes nozarei

Kodolsintēzes enerģijai ir nepieciešams vairāk nekā ilgstoša kodolsintēzes reakcija, lai tā varētu palīdzēt pasaulei ražot pietiekami daudz oglekļa neitrālas enerģijas. ASV Enerģētikas departaments ir noteicis pētniecības un attīstības programmu virknei tehnoloģiju un procesu, lai nodrošinātu kodolsintēzi.

Divas DOE amatpersonas nosauca piecas no šīm aktuālajām tehnoloģijām a webinar Ceturtdien rīko Nacionālās Zinātņu, inženierzinātņu un medicīnas akadēmijas (NASEM). Vairāk ir aprakstīts 2021. gada NASEM ziņot kas mudina strauji attīstīt kodolsintēzes tehnoloģiju:

"Lai gan tas bieži tiek atlikts uz nākotni, ekonomiskas kodolsintēzes enerģijas mērķis nākamajās desmitgadēs kā ASV stratēģiskā interese rada nepieciešamību strauji palielināt pētniecību un izstrādi attiecībā uz materiāliem, komponentiem un kodolsintēzes tehnoloģijām."

Piecas izceltās ceturtdienas ietver:

1 Kodolsintēzes necaurlaidīgi materiāli

Plazma, kurā notiek saplūšanas reakcija, var būt karstāks par sauli. Spēcīgs magnētiskais lauks vai inerce var ierobežot plazmu, buferējot to no reaktora sienām un komponentiem, taču kodolsintēzes reaktoriem tomēr būs nepieciešami materiāli, kas spēj izturēt ārkārtēju karstumu un neitronu bombardēšanu, kas atraisās, kad ūdeņraža izotopi pārvēršas hēlijā.

Lai pārbaudītu iespējamos materiālus, zinātniekiem ir jārada apstākļi, kas līdzīgi kodolsintēzes reakcijai.

"Ir ļoti liela vajadzība pēc kodolsintēzes prototipa neitronu avota, lai varētu apkopot materiālu datus, kas var ilgt daudzus gadus," sacīja Skots Hsu, DOE galvenais kodolsintēzes koordinators. Kamēr šis neitronu avots tiek izstrādāts, viņš piebilda, mašīnmācība un materiālu pārbaude var palīdzēt sašaurināt kandidātu materiālu skaitu.

Pastāv arī iespēja pilnībā izvairīties no materiāliem, izmantojot "patiesi pārveidojošus pirmās sienas un segu dizainus, kur jums, iespējams, pat nav cieta materiāla, kas būtu vērsts pret plazmu, un tas gandrīz novērš materiālu jautājumu", sacīja Hsu. "Un mums ir jāpatur šīs idejas uz galda."

2 Tritija selekcionārs

Visizplatītākajās kodolsintēzes reaktoru konstrukcijās tiek izmantoti divi ūdeņraža izotopi — deitērijs (²H) un tritijs (³H) — kā degvielu.

"Ja mēs izmantosim deitērija-tritija degvielas ciklu, mums būs jāizņem siltums un jāizveido tritijs," sacīja Ričards Havriluks, DOE Zinātnes biroja vecākais tehniskais padomnieks un 2021. gada NASEM ziņojuma vadītājs. .

"Īpašs izaicinājums ir nepieciešamība droši un efektīvi slēgt degvielas ciklu," teikts ziņojumā, "kas deitērija-tritija saplūšanas projektiem ietver segu izstrādi tritija audzēšanai un ekstrahēšanai, kā arī degvielas uzpildīšanu, izsmelšanu, norobežošanu, tritija ekstrahēšana un atdalīšana ievērojamos daudzumos.

3 Izplūdes sistēma

Daļa no neaptveramā siltuma, kas rodas kodolsintēzes reakcijā, tiks izmantota enerģijas ražošanai, taču vispirms tas ir jāpārvalda, un jūsu standarta virtuves ventilators to nedarīs.

"Pilnai pētniecības programmai būs nepieciešamas testēšanas iekārtas, kas ražo vidi, kas arvien vairāk līdzinās kodolsintēzes spēkstacijām, lai novērtētu reaktoram vajadzīgās jaudas izplūdes apstrādi kodolsintēzes neitronu vidē," teikts NASEM ziņojumā.

4 efektīvāki lāzeri

DOE Nacionālā aizdedzes iekārta (NIF) decembrī atzīmēja ilgi meklēto sasniegumu, kad tas izraisīja kodolsintēzes reakciju, kas izlaida vairāk enerģijas (3.15 megadžouli) nekā lāzera stari, kas to aizdedzināja (2.05 megadžouli). Taču lāzera darbināšanai bija nepieciešami 300 megadžouli.

Galu galā šādi lāzeri pēc to palaišanas tiks darbināti ar elektrību no kodolsintēzes reaktora. Taču efektīvāki lāzeri nozīmē efektīvākus reaktorus, atstājot vairāk jaudas lietotājam vai tīklam.

5 Atkārtošana

Nepietiek, lai lāzers būtu efektīvs. Tam arī jādarbojas mazāk kā musketei un vairāk kā ložmetējam.

“Brīnišķīgais rezultāts NIF,” sacīja Havriluks, “mēs nonācām līdz šim punktam, veicot dažus kadrus gadā. Jums ir jāspēj sasniegt punktu, kurā veicat dažus kadrus sekundē vai kadru sekundē, tāpēc arī atkārtojumu biežums mums ir jāapgūst.

Tas palielina atkārtojumu biežumu katrā procesa posmā, sākot ar degvielas kapsulu. Saskaņā ar žurnālu Zinātne, "Būtu jāizgatavo, jāaizpilda, jānovieto viens miljons kapsulu dienā, jāiztīra spridzināšana un jāiztīra viens miljons kapsulu — milzīgs inženiertehnisks izaicinājums."

VAIRĀK NO FORBIEMFusion drīz kļūs par obligātu ieguldījumu, saka DOE amatpersonaBy Džefs Makmahons