Öt alaptechnológiára van szüksége a fúziós iparágnak

A fúziós energiának többre van szüksége, mint egy hosszan tartó fúziós reakcióra, mielőtt elegendő szén-dioxid-semleges energiát állíthat elő. Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma kutatási és fejlesztési menetrendet határozott meg a fúziót lehetővé tévő technológiák és eljárások sorozatára vonatkozóan.

A DOE két tisztviselője ötöt említett ezek közül a sürgető technológiák közül a webinar Csütörtökön a National Academies of Science, Engineering and Medicine (NASEM) ad otthont. A 2021-es NASEM többet is tartalmaz jelentést ami a fúziót lehetővé tevő technológia gyors fejlesztését sürgeti:

"Bár ezt gyakran a jövőre halasztják, a gazdaságos fúziós energia célja az elkövetkező évtizedekben, mint az Egyesült Államok stratégiai érdeke, szükségessé teszi a megfelelő anyagok, alkatrészek és fúziós nukleáris technológiák kutatásának és fejlesztésének gyors növelését."

Az öt kiemelt csütörtök a következőket tartalmazza:

1 Fúzióbiztos anyagok

A plazma, ahol a fúziós reakció bekövetkezik, lehet melegebb, mint a nap. Erős mágneses tér vagy tehetetlenség korlátozhatja a plazmát, pufferelve azt a reaktor falaitól és alkatrészeitől, de a fúziós reaktorokhoz mindazonáltal olyan anyagokra lesz szükség, amelyek képesek kezelni a szélsőséges hőt és a hidrogénizotópok héliummá alakulásakor felszabaduló neutronok bombázását.

A potenciális anyagok teszteléséhez a tudósoknak a fúziós reakcióhoz hasonló körülményeket kell létrehozniuk.

"Nagyon nagy szükség van egy fúziós prototípus neutronforrásra, amely képes lesz összegyűjteni az anyagok adatait, ami sok évig tarthat" - mondta Scott Hsu, a DOE vezető fúziós koordinátora. Míg ez a neutronforrás fejlesztés alatt áll, tette hozzá, a gépi tanulás és az anyagok tesztelése segíthet szűkíteni a jelölt anyagok számát.

Lehetőség van arra is, hogy teljesen elkerüljük az anyagokat, ha „igazán átalakító első fal- és takaróterveket használunk, ahol előfordulhat, hogy nincs is szilárd anyag a plazmával szemben, és ez szinte elkerüli az anyagok kérdését” – mondta Hsu. "És ezeket az ötleteket az asztalon kell tartanunk."

2 A trícium tenyésztő

A leggyakoribb fúziós reaktorok a hidrogén két izotópját használják, a deutériumot.²H) és trícium (³H) – üzemanyagként.

"Ha deutérium-trícium üzemanyagciklust fogunk használni, akkor ki kell vonnunk a hőt, és tríciumot kell termelnünk" - mondta Richard Hawryluk, a DOE Tudományos Hivatal vezető műszaki tanácsadója és a 2021-es NASEM jelentés elnöke. .

„Különös kihívást jelent az üzemanyagciklus biztonságos és hatékony lezárásának szükségessége” – áll a jelentésben –, amely a deutérium-trícium fúziós tervek esetében a trícium tenyésztésére és kinyerésére szolgáló takarók kifejlesztését, valamint az üzemanyag feltöltését, kimerítését, elzárását, a trícium jelentős mennyiségben történő kivonása és elválasztása.”

3 Kipufogórendszer

A fúziós reakció során keletkező mérhetetlen hő egy részét energiatermelésre használják fel, de először kezelni kell, és a szokásos konyhai ventilátor nem fog működni.

„A teljes kutatási programhoz olyan tesztlétesítményekre lesz szükség, amelyek egyre jobban hasonlítanak a fúziós erőművekhez, hogy felmérjék a reaktor szempontjából releváns energiakibocsátás kezelését a fúziós neutron környezetben” – áll a NASEM jelentésében.

4 Hatékonyabb lézer

A DOE National Ignition Facility (NIF) régóta várt eredményét ünnepelte decemberben, amikor olyan fúziós reakciót váltott ki, amely több energiát (3.15 megajoule) bocsátott ki, mint a meggyújtó lézer sugarai (2.05 megajoule). De a lézer működtetéséhez 300 megajoule kellett.

Végül az ilyen lézereket beindításuk után a fúziós reaktorból származó árammal látják el. A hatékonyabb lézerek azonban hatékonyabb reaktorokat jelentenek, több energiát hagyva a felhasználónak vagy a hálózatnak.

5 Ismétlés

Nem elég, ha a lézer hatékony. Ezenkívül kevésbé kell úgy működnie, mint egy muskéta, és inkább úgy, mint egy géppuska.

„A csodálatos eredmény a NIF-en” – mondta Hawryluk – „évente néhány felvétel elkészítésével jutottunk el odáig. El kell tudnod jutni arra a pontra, hogy másodpercenként néhány lövést készíts, vagy egy lövést másodpercenként, tehát az ismétlési arányt is el kell uralnunk.”

Ez növeli az ismétlési gyakoriságot a folyamat minden lépésében, kezdve az üzemanyag-kapszulával. A folyóirat szerint Tudomány, „Naponta egymillió kapszulát kellene elkészíteni, megtölteni, elhelyezni, robbantani és eltávolítani – ez óriási mérnöki kihívás.”

TÖBB FELTÉTELEKA Fusion hamarosan kötelező befektetéssé válik, mondja a DOE hivatalosBy Jeff McMahon