Pesë teknologjitë mundësuese që do t'i nevojiten një industrie Fusion

Energjia e shkrirjes ka nevojë për më shumë se një reagim të qëndrueshëm të shkrirjes përpara se të mund të ndihmojë botën të prodhojë energji të mjaftueshme neutrale ndaj karbonit. Departamenti Amerikan i Energjisë ka identifikuar një axhendë kërkimi dhe zhvillimi për një sërë teknologjish dhe procesesh për të mundësuar bashkimin.

Dy zyrtarë të DOE emëruan pesë nga ato teknologji të ngutshme në a webinar Të enjten e organizuar nga Akademitë Kombëtare të Shkencës, Inxhinierisë dhe Mjekësisë (NASEM). Më shumë mbulohen në një NASEM 2021 raportojnë që nxit zhvillimin e shpejtë të teknologjisë që mundëson shkrirjen:

“Edhe pse kjo shpesh shtyhet për të ardhmen, qëllimi i energjisë së shkrirjes ekonomike brenda disa dekadave të ardhshme si një interes strategjik i SHBA-së nxit nevojën për të rritur me shpejtësi kërkimin dhe zhvillimin e materialeve, komponentëve dhe teknologjive bërthamore të shkrirjes.

Pesë të enjten e theksuar përfshijnë:

1 Materiale rezistente ndaj shkrirjes

Plazma ku ndodh reaksioni i shkrirjes mund të jetë më i nxehtë se dielli. Një fushë magnetike e fuqishme ose inerci mund të kufizojë plazmën, duke e zbutur atë nga muret dhe përbërësit e reaktorit, por reaktorët e shkrirjes megjithatë do të kërkojnë materiale që mund të përballojnë nxehtësinë ekstreme dhe bombardimet nga neutronet që çlirohen kur izotopet e hidrogjenit shndërrohen në helium.

Për të testuar materialet e mundshme, shkencëtarët duhet të krijojnë kushte të ngjashme me një reaksion shkrirjeje.

"Ekziston një nevojë shumë e madhe për një burim neutron prototip me shkrirje, që të jetë në gjendje të mbledhë të dhënat e materialeve, të cilat mund të duhen shumë vite ekspozimi," tha Scott Hsu, koordinatori kryesor i shkrirjes në DOE. Ndërsa ai burim neutron është në zhvillim, shtoi ai, mësimi i makinerive dhe testimi i materialeve mund të ndihmojnë në ngushtimin e numrit të materialeve kandidate.

Ekziston gjithashtu mundësia për të shmangur plotësisht materialet duke përdorur "modelime vërtet transformuese të murit të parë dhe batanijes, ku mund të mos keni as ndonjë material të fortë përballë plazmës, dhe kjo pothuajse e anashkalon çështjen e materialeve," tha Hsu. "Dhe ne duhet t'i mbajmë ato ide në tryezë."

2 Një mbarështues tritium

Modelet më të zakonshme të reaktorëve të shkrirjes përdorin dy izotope të hidrogjenit - deuterium (²H) dhe tritium (³H) - si lëndë djegëse.

"Nëse do të përdorim një cikël karburanti deuterium-tritium, do të na duhet të nxjerrim nxehtësinë dhe të krijojmë tritium," tha Richard Hawryluk, këshilltar i lartë teknik në Zyrën e Shkencës DOE dhe kryetar i raportit NASEM 2021. .

"Një sfidë e veçantë është nevoja për të mbyllur në mënyrë të sigurtë dhe efikase ciklin e karburantit," thotë ai raport, "i cili për dizajnet e shkrirjes së deuterium-tritiumit përfshin zhvillimin e batanijeve për mbarështimin dhe nxjerrjen e tritiumit, si dhe furnizimin me karburant, rraskapitjen, kufizimin, nxjerrja dhe ndarja e tritiumit në sasi të konsiderueshme.”

3 Një sistem shkarkimi

Një pjesë e nxehtësisë së pakuptueshme të prodhuar në një reaksion shkrirjeje do të përdoret për të prodhuar energji, por së pari duhet të menaxhohet dhe ventilatori juaj standard i kuzhinës nuk do të funksionojë.

"Një program i plotë kërkimor do të kërkojë pajisje testimi që prodhojnë mjedise gjithnjë e më të ngjashme me një termocentral me shkrirje për të vlerësuar trajtimin e shkarkimit të energjisë në lidhje me reaktorin në mjedisin e neutroneve të shkrirjes," thuhet në raportin e NASEM.

4 Lazer më efikas

Impianti Kombëtar i Ndezjes së DOE (NIF) festoi një arritje të kërkuar prej kohësh në dhjetor kur ndezi një reaksion bashkimi që lëshoi ​​më shumë energji (3.15 megaxhaule) sesa rrezet nga lazeri që e ndezi atë (2.05 megaxhaule). Por u deshën 300 megaxhaule për të fuqizuar lazerin.

Përfundimisht, lazer të tillë do të fuqizohen, pas fillimit të tyre, nga energjia elektrike nga reaktori i shkrirjes. Por lazerët më efikasë nënkuptojnë reaktorë më efikasë, duke lënë më shumë energji për përdoruesit ose rrjetin.

5 Përsëritje

Nuk mjafton që lazeri të jetë efikas. Ai gjithashtu duhet të funksionojë më pak si një musket dhe më shumë si një mitraloz.

"Rezultati i mrekullueshëm në NIF," tha Hawryluk, "ne arritëm në atë pikë duke bërë disa goditje në vit. Duhet të jesh në gjendje të arrish në pikën ku të bësh disa goditje në sekondë, ose një gjuajtje në sekondë, kështu që është edhe shkalla e përsëritjes që duhet ta zotërojmë.”

Kjo rrit shkallën e përsëritjes për çdo hap në proces, duke filluar me kapsulën e karburantit. Sipas revistës Shkencë, "Një milion kapsula në ditë duhet të bëhen, të mbushen, të pozicionohen, të shpërthehen dhe të pastrohen - një sfidë e madhe inxhinierike."

MORE SHUM NGA FORBESFusion do të bëhet një investim i domosdoshëm, thotë zyrtari i DOEBy Jeff McMahon