Пет благоприятни технологии, от които ще има нужда индустрията за синтез

Термоядрената енергия се нуждае от нещо повече от продължителна термоядрена реакция, преди да може да помогне на света да произведе достатъчно въглеродно неутрална енергия. Министерството на енергетиката на САЩ е определило програма за изследвания и разработки за набор от технологии и процеси, които да позволят термоядрения синтез.

Двама служители на DOE посочиха пет от тези належащи технологии в a Webinar Четвъртък, домакин на Националните академии на науката, инженерството и медицината (NASEM). Повече са обхванати в NASEM за 2021 г докладва който настоява за бързо развитие на технологии, позволяващи синтез:

„Въпреки че това често се отлага за бъдещето, целта за икономична термоядрена енергия през следващите няколко десетилетия като стратегически интерес на САЩ води до необходимостта от бързо увеличаване на изследванията и развитието на позволяващи материали, компоненти и термоядрени ядрени технологии.“

Петте подчертани четвъртък включват:

1 Материали, устойчиви на синтез

Плазмата, в която протича реакцията на синтез, може да бъде по-горещ от слънцето. Мощно магнитно поле или инерция може да ограничи плазмата, буферирайки я от стените и компонентите на реактора, но термоядрените реактори въпреки това ще изискват материали, които могат да издържат на екстремна топлина и бомбардиране от неутрони, които се отделят, когато водородните изотопи се трансформират в хелий.

За да тестват потенциални материали, учените трябва да създадат условия, подобни на реакция на синтез.

„Има много остра нужда от прототипен източник на неутрони за термоядрения синтез, който да може да събира данни за материалите, което може да отнеме много години на излагане“, каза Скот Хсу, водещ координатор на термоядрения синтез на DOE. Докато този източник на неутрони е в процес на разработка, добави той, машинното обучение и тестването на материали могат да помогнат за стесняване на броя на кандидат-материалите.

Съществува и потенциал да се избегнат изцяло материалите чрез използване на „наистина трансформиращи първи дизайни на стени и одеяла, където може дори да нямате твърд материал, обърнат към плазмата, и това почти заобикаля въпроса с материалите“, каза Хсу. „И ние трябва да запазим тези идеи на масата.“

2 Развъдчик на тритий

Най-разпространените конструкции на термоядрен реактор използват два изотопа на водорода - деутерий (²H) и тритий (³H) - като гориво.

„Ако ще използваме деутериево-тритиев горивен цикъл, ще трябва да извлечем топлината и да размножим тритий“, каза Ричард Хаврилък, старши технически съветник в Службата по наука на DOE и председател на доклада на NASEM за 2021 г. .

„Особено предизвикателство е необходимостта от безопасно и ефикасно затваряне на горивния цикъл“, се посочва в този доклад, „което за проекти за синтез на деутерий-тритий включва разработването на одеяла за размножаване и извличане на тритий, както и зареждане с гориво, източване, ограничаване, извличане и отделяне на тритий в значителни количества.

3 Изпускателна система

Част от необозримата топлина, произведена при реакция на термоядрен синтез, ще бъде използвана за производство на енергия, но първо трябва да се управлява, а вашият стандартен кухненски вентилатор няма да свърши работа.

„Пълната изследователска програма ще изисква тестови съоръжения, създаващи среди, все по-подобни на термоядрена електроцентрала, за да се оцени свързаното с реактора изпускане на мощност в среда на термоядрени неутрони“, се посочва в доклада на NASEM.

4 по-ефективни лазера

Националното съоръжение за запалване (NIF) на DOE отпразнува дългоочаквано постижение през декември, когато предизвика реакция на синтез, която освободи повече енергия (3.15 мегаджаула), отколкото лъчите от лазера, който го запали (2.05 мегаджаула). Но са били необходими 300 мегаджаула, за да се захрани лазерът.

В крайна сметка такива лазери ще се захранват, след стартирането им, с електричество от термоядрения реактор. Но по-ефективните лазери означават по-ефективни реактори, оставяйки повече енергия за потребителя или мрежата.

5 Повторение

Не е достатъчно лазерът да е ефективен. Освен това трябва да работи по-малко като мускет и повече като картечница.

„Прекрасният резултат в NIF“, каза Hawryluk, „стигнахме до този момент, като правехме няколко снимки на година. Трябва да можете да стигнете до точката, в която правите няколко изстрела в секунда, или изстрел в секунда, така че трябва да овладеем и честотата на повторение.“

Това увеличава скоростта на повторение за всяка стъпка в процеса, като се започне с горивната капсула. Според списанието наука, „Един милион капсули на ден ще трябва да бъдат направени, напълнени, позиционирани, взривени и изчистени – огромно инженерно предизвикателство.“

ПОВЕЧЕ ОТ ФОРБИFusion е на път да се превърне в задължителна инвестиция, казва служител на DOEBy Джеф Макмахон