Pět aktivačních technologií, které bude fúzní průmysl potřebovat

Energie z fúze potřebuje více než jen trvalou fúzní reakci, než může světu pomoci produkovat dostatek uhlíkově neutrální energie. Americké ministerstvo energetiky určilo agendu výzkumu a vývoje pro sadu technologií a procesů umožňujících fúzi.

Dva úředníci DOE jmenovali pět z těchto lisovacích technologií v a webinar Čtvrtek hostí Národní akademie věd, inženýrství a medicíny (NASEM). Více pokrývá NASEM 2021 zprávy který naléhá na rychlý vývoj technologií umožňujících fúzi:

„Ačkoli je to často odkládáno do budoucnosti, cíl ekonomická energie z jaderné syntézy v příštích několika desetiletích jako strategický zájem USA vede k potřebě rychle zvýšit výzkum a vývoj nezbytných materiálů, komponent a jaderných technologií z jaderné syntézy.“

Mezi pět zvýrazněných čtvrtků patří:

1 Materiály odolné proti fúzi

Plazma, kde dochází k fúzní reakci, může být teplejší než slunce. Silné magnetické pole nebo setrvačnost může omezovat plazmu a chránit ji před stěnami reaktoru a komponentami, ale fúzní reaktory budou přesto vyžadovat materiály, které dokážou zvládnout extrémní teplo a ostřelování neutrony, které se uvolní, když se izotopy vodíku přemění na helium.

K testování potenciálních materiálů potřebují vědci vytvořit podmínky podobné fúzní reakci.

"Existuje velmi naléhavá potřeba fúzního prototypového neutronového zdroje, aby bylo možné shromažďovat materiálová data, což může trvat mnoho let expozice," řekl Scott Hsu, hlavní koordinátor fúze DOE. Zatímco je tento neutronový zdroj ve vývoji, dodal, strojové učení a testování materiálů mohou pomoci zúžit počet kandidátských materiálů.

Existuje také potenciál zcela se vyhnout materiálům pomocí „skutečně transformativních designů první stěny a přikrývek, kde nemusíte mít ani žádný pevný materiál obrácený k plazmě, a to téměř obchází otázku materiálů,“ řekl Hsu. "A my potřebujeme mít ty nápady na stole."

2 Chovatel tritia

Nejběžnější konstrukce fúzních reaktorů používají dva izotopy vodíku – deuterium (²H) a Tritium (³H) – jako palivo.

„Pokud budeme používat palivový cyklus deuterium-tritium, budeme muset extrahovat teplo a rozmnožit tritium,“ řekl Richard Hawryluk, hlavní technický poradce v Úřadu pro vědu DOE a předseda zprávy NASEM 2021. .

„Zvláštní výzvou je potřeba bezpečně a efektivně uzavřít palivový cyklus,“ uvádí zpráva, „což pro návrhy fúze deuterium-tritium zahrnuje vývoj pokrývek pro množení a extrakci tritia, stejně jako doplňování paliva, odsávání, omezování, extrakci a separaci tritia ve významných množstvích.

3 Výfukový systém

Část nevyzpytatelného tepla produkovaného při fúzní reakci bude využito k výrobě energie, ale nejprve se s ním musí hospodařit a váš standardní kuchyňský ventilátor to nebude dělat.

„Úplný výzkumný program bude vyžadovat testovací zařízení produkující prostředí, která se stále více podobají fúzním elektrárnám, aby bylo možné posoudit manipulaci s energetickými výfukovými plyny reaktoru v prostředí fúzních neutronů,“ uvádí zpráva NASEM.

4 Efektivnější lasery

Národní zapalovací zařízení DOE (NIF) oslavilo v prosinci dlouho hledaný úspěch, když vyvolalo fúzní reakci, která uvolnila více energie (3.15 megajoulů) než paprsky z laseru, který ji zapálil (2.05 megajoulů). Ale k napájení laseru bylo zapotřebí 300 megajoulů.

Nakonec budou takové lasery po spuštění poháněny elektřinou z fúzního reaktoru. Ale účinnější lasery znamenají účinnější reaktory, které ponechají více energie pro uživatele nebo síť.

5 Opakování

Nestačí, aby byl laser účinný. Musí také fungovat méně jako mušketa a více jako kulomet.

"Nádherný výsledek na NIF," řekl Hawryluk, "dostali jsme se do tohoto bodu tím, že jsme udělali několik snímků za rok. Musíte být schopni se dostat do bodu, kdy uděláte několik ran za sekundu nebo jednu střelu za sekundu, takže je to také rychlost opakování, kterou musíme zvládnout.“

To zvyšuje rychlost opakování pro každý krok procesu, počínaje palivovou kapslí. Podle deníku Věda„Jeden milion kapslí by bylo potřeba vyrobit, naplnit, umístit, odstřelit a vyčistit – obrovská technická výzva.“

VÍCE Z FORBESFusion se brzy stane nezbytnou investicí, říká úředník DOEBy Jeff McMahon