Cinci tehnologii favorabile de care va avea nevoie o industrie de fuziune

Energia de fuziune are nevoie de mai mult decât o reacție de fuziune susținută înainte de a putea ajuta lumea să producă suficientă energie neutră din punct de vedere al carbonului. Departamentul de Energie al SUA a identificat o agendă de cercetare și dezvoltare pentru o suită de tehnologii și procese care să permită fuziunea.

Doi oficiali DOE au numit cinci dintre acele tehnologii presante în a webinar Joi găzduit de Academiile Naționale de Știință, Inginerie și Medicină (NASEM). Mai multe sunt acoperite într-un NASEM 2021 raportează care îndeamnă dezvoltarea rapidă a tehnologiei care permit fuziunea:

„Deși acest lucru este adesea amânat pentru viitor, obiectivul energiei de fuziune economică în următoarele câteva decenii, deoarece interesul strategic al SUA determină nevoia de a crește rapid cercetarea și dezvoltarea materialelor, componentelor și tehnologiilor nucleare de fuziune.

Cele cinci evidențiate joi includ:

1 Materiale rezistente la fuziune

Plasma unde are loc reacția de fuziune poate fi mai fierbinte decât soarele. Un câmp magnetic puternic sau o inerție poate limita plasma, protejând-o de pereții și componentele reactorului, dar reactoarele de fuziune vor necesita totuși materiale care pot face față căldurii extreme și bombardarea neutronilor eliberați atunci când izotopii de hidrogen se transformă în heliu.

Pentru a testa materiale potențiale, oamenii de știință trebuie să producă condiții similare unei reacții de fuziune.

„Este o nevoie foarte mare de o sursă de neutroni prototip de fuziune pentru a putea aduna datele despre materiale, ceea ce poate dura mulți ani de expunere”, a spus Scott Hsu, coordonatorul principal de fuziune al DOE. În timp ce această sursă de neutroni este în dezvoltare, a adăugat el, învățarea automată și testarea materialelor pot ajuta la reducerea numărului de materiale candidate.

Există, de asemenea, potențialul de a evita materialele în întregime prin utilizarea „desearilor cu adevărat transformatoare ale primului perete și al păturii, în care este posibil să nu aveți nici măcar material solid în fața plasmei, iar asta aproape ocolește problema materialelor”, a spus Hsu. „Și trebuie să păstrăm acele idei pe masă.”

2 Un crescător de tritiu

Cele mai comune modele de reactoare de fuziune folosesc doi izotopi ai hidrogenului - deuteriu (²H) și tritiu (³H)—ca combustibil.

„Dacă vom folosi un ciclu al combustibilului deuteriu-tritiu, va trebui să extragem căldura și să reproducem tritiu”, a spus Richard Hawryluk, consilier tehnic senior la Biroul de Știință al DOE și președinte al raportului NASEM 2021. .

„O provocare specială este necesitatea de a închide în siguranță și eficient ciclul combustibilului”, se arată în raportul, „care pentru modelele de fuziune deuteriu-tritiu implică dezvoltarea de pături pentru a reproduce și extrage tritiul, precum și alimentarea, epuizarea, limitarea, extragerea și separarea tritiului în cantități semnificative.”

3 Un sistem de evacuare

O parte din căldura insondabilă produsă într-o reacție de fuziune va fi folosită pentru a produce energie, dar mai întâi trebuie gestionată, iar ventilatorul dumneavoastră standard de bucătărie nu va funcționa.

„Un program complet de cercetare va necesita instalații de testare care produc medii din ce în ce mai asemănătoare cu o centrală electrică de fuziune pentru a evalua manipularea energiei de evacuare a reactorului în mediul cu neutroni de fuziune”, se arată în raportul NASEM.

4 lasere mai eficiente

National Ignition Facility (NIF) a DOE a sărbătorit o realizare mult căutată în decembrie, când a declanșat o reacție de fuziune care a eliberat mai multă energie (3.15 megajouli) decât fasciculele laserului care a aprins-o (2.05 megajouli). Dar a fost nevoie de 300 de megajouli pentru a alimenta laserul.

În cele din urmă, astfel de lasere vor fi alimentate, după pornirea lor, cu energie electrică din reactorul de fuziune. Dar laserele mai eficiente înseamnă reactoare mai eficiente, lăsând mai multă putere utilizatorului sau rețelei.

5 Repetiție

Nu este suficient ca laserul să fie eficient. De asemenea, trebuie să funcționeze mai puțin ca o muschetă și mai mult ca o mitralieră.

„Rezultatul minunat la NIF”, a spus Hawryluk, „am ajuns la acel punct făcând câteva lovituri pe an. Trebuie să fii capabil să ajungi la punctul în care faci câteva lovituri pe secundă, sau o lovitură pe secundă, deci este și rata de repetiție pe care trebuie să o stăpânim.”

Aceasta crește rata de repetiție pentru fiecare pas din proces, începând cu capsula de combustibil. Potrivit jurnalului Ştiinţă, „Un milion de capsule pe zi ar trebui făcute, umplute, poziționate, sablate și curățate – o provocare uriașă de inginerie.”

MAI MULTE DIN FORBEFusion este pe cale să devină o investiție obligatorie, spune oficialul DOEBy Jeff McMahon