Пяць спрыяльных тэхналогій, якія спатрэбяцца індустрыі Fusion

Энергія тэрмаядзернага сінтэзу патрабуе большага, чым працяглая тэрмаядзерная рэакцыя, перш чым яна зможа дапамагчы свету вырабляць дастатковую колькасць вугляродна-нейтральнай энергіі. Міністэрства энергетыкі ЗША вызначыла праграму даследаванняў і распрацовак для набору тэхналогій і працэсаў для забеспячэння тэрмаядзернага сінтэзу.

Два прадстаўнікі Міністэрства энергетыкі назвалі пяць з гэтых надзённых тэхналогій вебинар У чацвер выступілі Нацыянальныя акадэміі навукі, тэхнікі і медыцыны (NASEM). Больш падрабязна апісана ў NASEM 2021 года паведамляць які заклікае да хуткага развіцця тэхналогій, якія забяспечваюць тэрмаядзерны сінтэз:

«Нягледзячы на ​​тое, што гэта часта адкладваецца на будучыню, мэта эканомнай тэрмаядзернай энергіі на працягу наступных некалькіх дзесяцігоддзяў як стратэгічны інтарэс ЗША абумоўлівае неабходнасць хуткага павелічэння даследаванняў і распрацовак матэрыялаў, кампанентаў і тэрмаядзерных тэхналогій».

Пяць вылучаных чацвяргоў ўключаюць:

1 Устойлівыя да плаўлення матэрыялы

Плазма, дзе адбываецца тэрмаядзерная рэакцыя, можа быць гарачэй за сонца. Магутнае магнітнае поле або інэрцыя могуць абмежаваць плазму, буферызуючы яе ад сценак і кампанентаў рэактара, але тэрмаядзерныя рэактары, тым не менш, запатрабуюць матэрыялаў, здольных вытрымаць моцную тэмпературу і бамбаванне нейтронамі, якія вызваляюцца, калі ізатопы вадароду ператвараюцца ў гелій.

Каб праверыць патэнцыяльныя матэрыялы, навукоўцам неабходна стварыць умовы, падобныя на рэакцыю тэрмаядзернага сінтэзу.

"Існуе вельмі вострая патрэба ў тэрмаядзерным прататыпе крыніцы нейтронаў, каб мець магчымасць збіраць дадзеныя аб матэрыялах, што можа заняць шмат гадоў уздзеяння", - сказаў Скот Хсу, вядучы каардынатар тэрмаядзернага сінтэзу Міністэрства энергетыкі. У той час як гэтая крыніца нейтронаў знаходзіцца ў распрацоўцы, дадаў ён, машыннае навучанне і тэставанне матэрыялаў могуць дапамагчы звузіць колькасць матэрыялаў-кандыдатаў.

Таксама ёсць магчымасць цалкам пазбегнуць матэрыялаў, выкарыстоўваючы «сапраўды трансфармацыйныя першыя канструкцыі сцен і коўдраў, дзе ў вас можа нават не быць цвёрдага матэрыялу, звернутага да плазмы, і гэта амаль абыходзіць пытанне матэрыялаў», - сказаў Хсу. "І нам трэба трымаць гэтыя ідэі на стале".

2 Селекцыянер трыція

Найбольш распаўсюджаныя канструкцыі тэрмаядзерных рэактараў выкарыстоўваюць два ізатопы вадароду — дэйтэрый (²H) і трыцій (³З) — як паліва.

«Калі мы збіраемся выкарыстоўваць дэйтэрыева-трыціевы паліўны цыкл, нам давядзецца здабываць цяпло і разводзіць трыцій», — сказаў Рычард Гаўрылюк, старшы тэхнічны дарадца Упраўлення навукі Міністэрства энергетыкі і кіраўнік справаздачы NASEM за 2021 год. .

«Асаблівай праблемай з'яўляецца неабходнасць бяспечнага і эфектыўнага замыкання паліўнага цыклу, - гаворыцца ў справаздачы, - які для дэйтэрый-трыціевых тэрмаядзерных канструкцый прадугледжвае распрацоўку коўдраў для размнажэння і здабывання трыція, а таксама запраўку, выцяжку, абмежаванне, здабывання і аддзялення трыція ў значных колькасцях».

3 Выхлапная сістэма

Частка неспасціжнага цяпла, якое выдзяляецца ў выніку рэакцыі тэрмаядзернага сінтэзу, будзе выкарыстоўвацца для вытворчасці электраэнергіі, але спачатку гэтым трэба кіраваць, і ваш стандартны кухонны вентылятар не падыдзе.

«Поўная даследчая праграма запатрабуе выпрабавальных установак, якія вырабляюць асяроддзе, усё больш падобнае на тэрмаядзерную электрастанцыю, каб ацаніць апрацоўку выхлапных газаў рэактара ў асяроддзі тэрмаядзерных нейтронаў», — гаворыцца ў справаздачы NASEM.

4 больш эфектыўныя лазеры

Нацыянальная ўстаноўка запальвання (NIF) Міністэрства энергетыкі адзначыла доўгачаканае дасягненне ў снежні, калі яна выклікала тэрмаядзерную рэакцыю, якая вызваліла больш энергіі (3.15 мегаджоўля), чым прамяні лазера, які яе запаліў (2.05 мегаджоўля). Але для харчавання лазера спатрэбілася 300 мегаджоўляў.

У рэшце рэшт, пасля запуску такія лазеры будуць харчавацца электрычнасцю ад тэрмаядзернага рэактара. Але больш эфектыўныя лазеры азначаюць больш эфектыўныя рэактары, пакідаючы больш энергіі для карыстальніка або сеткі.

5 Паўтарэнне

Гэтага недастаткова, каб лазер быў эфектыўным. Ён таксама павінен дзейнічаць менш як мушкет, а больш як кулямёт.

«Цудоўны вынік у NIF, — сказаў Гаўрылюк, — мы дасягнулі гэтага, робячы некалькі здымкаў у год. Вы павінны быць у стане дасягнуць кропкі, калі вы робіце некалькі кідкоў у секунду або кідок у секунду, таму мы таксама павінны асвоіць частату паўтарэння».

Гэта павялічвае частату паўтарэння для кожнага кроку ў працэсе, пачынаючы з паліўнай капсулы. Па матэрыялах часопіса навука, «Мільён капсул у дзень трэба было б зрабіць, напоўніць, размясціць, падарваць і прыбраць - велізарная інжынерная задача».

БОЛЬШ З ФОРЕFusion вось-вось стане неабходнай інвестыцыяй, заяўляе прадстаўнік Міністэрства энергетыкіBy Джэф Макмахон