Viis võimaldavat tehnoloogiat, mida termotuumasünteesitööstus vajab

Termotuumasünteesienergia vajab enamat kui pidevat termotuumasünteesi reaktsiooni, enne kui see saab aidata maailmas toota piisavalt süsinikuneutraalset energiat. USA energeetikaministeerium on koostanud teadus- ja arendustegevuse kava termotuumasünteesi võimaldavate tehnoloogiate ja protsesside komplekti jaoks.

Kaks DOE ametnikku nimetasid viis neist kiireloomulistest tehnoloogiatest a veebiseminari Neljapäeval korraldavad riiklikud teaduse, tehnika ja meditsiini akadeemiad (NASEM). 2021. aasta NASEM sisaldab rohkem teavet aru mis nõuab termotuumasünteesi võimaldava tehnoloogia kiiret arendamist:

"Kuigi seda lükatakse sageli tulevikku, põhjustab ökonoomne termotuumasünteesi eesmärk järgmistel aastakümnetel USA strateegilise huvina vajaduse suurendada kiiresti võimaldavate materjalide, komponentide ja termotuumasünteesitehnoloogiate uurimis- ja arendustegevust."

Viis esile tõstetud neljapäeva hulka kuuluvad:

1 Fusioonikindlad materjalid

Plasma, kus termotuumasünteesi reaktsioon toimub, võib olla kuumem kui päike. Võimas magnetväli või inerts võib plasmat piirata, puhverdades selle reaktori seintest ja komponentidest, kuid termotuumasünteesireaktorid vajavad sellegipoolest materjale, mis taluvad äärmist kuumust ja vesiniku isotoopide heeliumiks muutumisel vabanenud neutronite pommitamist.

Võimalike materjalide testimiseks peavad teadlased looma termotuumasünteesi reaktsiooniga sarnased tingimused.

"Materjalide andmete kogumiseks on väga suur vajadus termotuumasünteesi prototüüpse neutroniallika järele, mis võib kesta mitu aastat," ütles DOE juhtiv termotuumasünteesi koordinaator Scott Hsu. Kuigi see neutroniallikas on väljatöötamisel, lisas ta, et masinõpe ja materjalide testimine võivad aidata kandidaatmaterjalide arvu kitsendada.

Samuti on võimalik materjale täielikult vältida, kasutades "tõeliselt transformatiivseid esimese seina ja teki kujundusi, kus teil ei pruugi isegi plasmaga silmitsi olla tahket materjali ja see jätab materjalide probleemi peaaegu kõrvale," ütles Hsu. "Ja me peame neid ideid laual hoidma."

2 Triitiumi aretaja

Kõige tavalisemates termotuumasünteesi reaktorites kasutatakse kahte vesiniku isotoopi – deuteeriumi (²H) ja triitium (³H) - kütusena.

"Kui me kavatseme kasutada deuteeriumi-triitiumi kütusetsüklit, peame soojust eraldama ja triitiumi kasvatama," ütles Richard Hawryluk, DOE teadusbüroo vanemtehniline nõustaja ja 2021. aasta NASEM-i aruande juht. .

"Eriline väljakutse on kütusetsükli ohutu ja tõhusa sulgemise vajadus," öeldakse selles aruandes, "mis deuteeriumi-triitiumi termotuumasünteesi disainilahenduste jaoks hõlmab tekkide väljatöötamist triitiumi aretamiseks ja ekstraheerimiseks, samuti kütuse lisamist, kurnamist, piiramist, triitiumi ekstraheerimine ja eraldamine märkimisväärsetes kogustes.

3 Väljalaskesüsteem

Osa termotuumasünteesi reaktsioonis tekkivast mõõtmatust soojusest kasutatakse elektri tootmiseks, kuid esmalt tuleb see hallata ja teie tavaline köögiventilaator ei tööta.

"Täieliku uurimisprogrammi jaoks on vaja katserajatisi, mis toodavad termotuumasünteesielektrijaamaga üha sarnasemaid keskkondi, et hinnata reaktori jaoks olulist heitgaaside käitlemist termotuumasünteesi neutronite keskkonnas," seisab NASEM-i aruandes.

4 tõhusamat laserit

DOE riiklik süüteseade (NIF) tähistas detsembris kauaoodatud saavutust, kui käivitas termotuumasünteesi reaktsiooni, mis vabastas rohkem energiat (3.15 megadžauli) kui selle süüdanud laseri kiired (2.05 megadžauli). Kuid laseri toiteks kulus 300 megadžauli.

Lõpuks saavad sellised laserid pärast nende käivitamist toite termotuumasünteesireaktori elektrienergiaga. Kuid tõhusamad laserid tähendavad tõhusamaid reaktoreid, jättes rohkem energiat kasutajale või võrgule.

5 Kordamine

Sellest ei piisa, et laser oleks tõhus. Samuti peab see töötama vähem nagu musket ja rohkem nagu kuulipilduja.

"Imeline tulemus NIF-is," ütles Hawryluk, "jõudsime selle punktini, tehes paar võtet aastas. Peate suutma jõuda punktini, kus teete paar võtet sekundis või võte sekundis, nii et ka kordussagedus on see, mida me peame valdama.

See suurendab protsessi iga etapi korduste arvu, alustades kütusekapslist. Ajakirja järgi teadus, "Päevas tuleks valmistada, täita, positsioneerida, puhuda ja puhastada miljon kapslit – see on tohutu inseneri väljakutse."

ROHKEM KONKURSIDESTFusion on muutumas kohustuslikuks investeeringuks, ütleb DOE ametnikBy Jeff McMahon