Limang Teknolohiya na Nakakapagpagana na Kakailanganin ng Industriya ng Fusion

Ang enerhiya ng fusion ay nangangailangan ng higit pa sa isang matagal na reaksyon ng pagsasanib bago ito makatutulong sa mundo na makagawa ng sapat na carbon-neutral na enerhiya. Ang Kagawaran ng Enerhiya ng US ay natukoy ang isang agenda sa pagsasaliksik at pagpapaunlad para sa isang hanay ng mga teknolohiya at proseso upang paganahin ang pagsasanib.

Pinangalanan ng dalawang opisyal ng DOE ang lima sa mga pressing na teknolohiya sa a webinar Huwebes na hino-host ng National Academies of Science, Engineering and Medicine (NASEM). Marami pa ang saklaw sa isang 2021 NASEM ulat na humihimok ng mabilis na pag-unlad ng fusion-enable tech:

"Bagaman ito ay madalas na ipagpaliban para sa hinaharap, ang layunin ng matipid na fusion energy sa loob ng susunod na ilang dekada bilang isang estratehikong interes ng US ay nagtutulak sa pangangailangan na mabilis na pataasin ang pananaliksik at pag-unlad ng mga materyales, sangkap, at pagsasanib ng mga teknolohiyang nuklear."

Ang limang naka-highlight na Huwebes ay kinabibilangan ng:

1 Fusion-Proof na Materyal

Ang plasma kung saan nagaganap ang fusion reaction ay maaaring mas mainit pa sa araw. Ang isang malakas na magnetic field o inertia ay maaaring makulong ang plasma, buffering ito mula sa reactor walls at mga bahagi, ngunit ang fusion reactors gayunpaman ay mangangailangan ng mga materyales na kayang hawakan ang matinding init at pambobomba ng mga neutron na kumawala kapag ang hydrogen isotopes ay naging helium.

Upang subukan ang mga potensyal na materyales, kailangan ng mga siyentipiko na gumawa ng mga kondisyon na katulad ng isang reaksyon ng pagsasanib.

"May napakalaking pangangailangan para sa isang fusion-prototypic na mapagkukunan ng neutron upang makolekta ang data ng mga materyales, na maaaring tumagal ng maraming taon ng pagkakalantad," sabi ni Scott Hsu, ang lead fusion coordinator ng DOE. Habang ang pinagmulan ng neutron ay nasa pag-unlad, idinagdag niya, ang pag-aaral ng makina at pagsubok ng mga materyales ay maaaring makatulong na paliitin ang bilang ng mga materyales ng kandidato.

Mayroon ding potensyal na ganap na maiwasan ang mga materyales sa pamamagitan ng paggamit ng "tunay na pagbabagong unang mga disenyo ng dingding at kumot, kung saan maaaring wala kang anumang solidong materyal na nakaharap sa plasma, at halos umiwas sa isyu ng mga materyales," sabi ni Hsu. "At kailangan nating panatilihin ang mga ideyang iyon sa mesa."

2 Isang Tritium Breeder

Ang pinakakaraniwang disenyo ng fusion-reactor ay gumagamit ng dalawang isotopes ng hydrogen—deuterium (²H) at Tritium (³H)—bilang panggatong.

"Kung gagamit tayo ng deuterium-tritium fuel cycle, kakailanganin nating kunin ang init at mag-breed ng tritium," sabi ni Richard Hawryluk, senior technical advisor sa DOE Office of Science at chair ng 2021 NASEM report .

"Ang isang partikular na hamon ay ang pangangailangan na ligtas at mahusay na isara ang ikot ng gasolina," sabi ng ulat na iyon, "na para sa mga disenyo ng pagsasanib ng deuterium-tritium ay nagsasangkot ng pagbuo ng mga kumot upang magparami at mag-extract ng tritium, gayundin ang paglalagay ng gasolina, pagkapagod, pagkulong, pagkuha, at paghihiwalay ng tritium sa malalaking dami."

3 Isang Exhaust System

Ang ilan sa hindi maarok na init na ginawa sa isang fusion reaction ay gagamitin upang makagawa ng kapangyarihan, ngunit kailangan muna itong pamahalaan, at hindi magagawa ng iyong karaniwang fan sa kusina.

"Ang isang buong programa ng pananaliksik ay mangangailangan ng mga pasilidad ng pagsubok na gumagawa ng mga kapaligiran na lalong katulad ng isang planta ng fusion power upang masuri ang reactor-relevant power exhaust handling sa fusion neutron environment," ang sabi ng ulat ng NASEM.

4 Mas Mahusay na Laser

Ipinagdiwang ng National Ignition Facility (NIF) ng DOE ang isang matagal nang hinahangad na tagumpay noong Disyembre nang magdulot ito ng fusion reaction na naglabas ng mas maraming enerhiya (3.15 megajoules) kaysa sa mga sinag mula sa laser na nagpasiklab dito (2.05 megajoules). Ngunit kinailangan ng 300 megajoules upang mapalakas ang laser.

Sa kalaunan, ang mga naturang laser ay papaganahin, pagkatapos ng kanilang pagsisimula, ng kuryente mula sa fusion reactor. Ngunit ang mas mahusay na mga laser ay nangangahulugan ng mas mahusay na mga reaktor, na nag-iiwan ng higit na lakas para sa gumagamit o sa grid.

5 Pag-uulit

Hindi sapat para maging mabisa ang laser. Kailangan din nitong gumana nang mas kaunti tulad ng isang musket at higit na parang machine gun.

"Ang kahanga-hangang resulta sa NIF," sabi ni Hawryluk, "nakarating kami sa puntong iyon sa pamamagitan ng paggawa ng ilang mga pag-shot bawat taon. Kailangan mong makarating sa punto kung saan gumagawa ka ng ilang shot sa bawat segundo, o isang shot sa bawat segundo, kaya ang rate ng pag-uulit, pati na rin, na kailangan nating makabisado.

Pinapataas nito ang rate ng pag-uulit para sa bawat hakbang sa proseso, simula sa fuel capsule. Ayon sa journal agham, "Kailangang gawin, punuin, iposisyon, pasabugin, at alisin ang isang milyong kapsula sa isang araw—isang malaking hamon sa engineering."

KARAGDAGANG MULA SA MGA BABAEAng Fusion ay Malapit Nang Maging Isang Dapat-Have Investment, Sabi ng Opisyal ng DOEBy Jeff McMahon