ხუთი გამაძლიერებელი ტექნოლოგია დასჭირდება Fusion ინდუსტრიას

შერწყმის ენერგიას სჭირდება მეტი, ვიდრე მდგრადი შერწყმის რეაქცია, სანამ ის შეძლებს სამყაროს საკმარისი ნახშირბადის ნეიტრალური ენერგიის გამომუშავებაში. აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტმა გამოავლინა კვლევისა და განვითარების დღის წესრიგი ტექნოლოგიებისა და პროცესების კომპლექტისთვის, რათა მოხდეს შერწყმა.

DOE-ს ორმა ჩინოვნიკმა დაასახელა ხუთი იმ აქტუალური ტექნოლოგიებიდან ა webinar ხუთშაბათს მასპინძლობს მეცნიერების, ინჟინერიისა და მედიცინის ეროვნული აკადემიები (NASEM). მეტი დაფარულია 2021 NASEM-ში მოხსენება რაც მოუწოდებს შერწყმის ტექნოლოგიის სწრაფ განვითარებას:

„მიუხედავად იმისა, რომ ეს ხშირად მომავლისთვის არის გადადებული, ეკონომიური შერწყმის ენერგიის მიზანი მომდევნო რამდენიმე ათწლეულის განმავლობაში, როგორც აშშ-ს სტრატეგიული ინტერესი, განაპირობებს ხელშემწყობი მასალების, კომპონენტების და სინთეზური ბირთვული ტექნოლოგიების კვლევისა და განვითარების სწრაფად გაზრდის საჭიროებას.

ხაზგასმული ხუთშაბათი მოიცავს:

1 შერწყმის საწინააღმდეგო მასალები

შეიძლება იყოს პლაზმა, სადაც ხდება შერწყმის რეაქცია მზეზე ცხელი. ძლიერ მაგნიტურ ველს ან ინერციას შეუძლია პლაზმის შეზღუდვა, ბუფერული მას რეაქტორის კედლებისა და კომპონენტებისგან, მაგრამ შერწყმის რეაქტორებს მაინც დასჭირდებათ მასალები, რომლებსაც შეუძლიათ გაუმკლავდნენ უკიდურეს სიცხეს და დაბომბვას ნეიტრონების მიერ, როდესაც წყალბადის იზოტოპები გარდაიქმნება ჰელიუმად.

პოტენციური მასალების შესამოწმებლად, მეცნიერებს სჭირდებათ შერწყმის რეაქციის მსგავსი პირობების შექმნა.

„ძალიან დიდი მოთხოვნილებაა შერწყმის პროტოტიპური ნეიტრონული წყაროსთვის, რათა შეძლოს მასალების მონაცემების შეგროვება, რასაც შეიძლება მრავალი წლის განმავლობაში დასჭირდეს ექსპოზიცია“, - თქვა სკოტ ჰსუმ, DOE-ის შერწყმის წამყვანი კოორდინატორი. სანამ ნეიტრონული წყარო დამუშავების პროცესშია, დასძინა მან, მანქანათმცოდნეობა და მასალების ტესტირება ხელს შეუწყობს კანდიდატი მასალების რაოდენობის შემცირებას.

ასევე არსებობს პოტენციალი, რომ თავიდან აიცილოთ მასალები მთლიანად "პირველი კედლისა და საბნის დიზაინის ჭეშმარიტად გარდამტეხი დიზაინის გამოყენებით, სადაც შეიძლება არც კი გქონდეთ მყარი მასალა პლაზმისკენ და ეს თითქმის გვერდს უვლის მასალების საკითხს", - თქვა ჰსუმ. ”და ჩვენ უნდა შევინარჩუნოთ ეს იდეები მაგიდაზე.”

2 ტრიტიუმის სელექციონერი

შერწყმის რეაქტორის ყველაზე გავრცელებულ დიზაინში გამოიყენება წყალბადის ორი იზოტოპი - დეიტერიუმი (²H) და ტრიტიუმი (³ჰ) - როგორც საწვავი.

”თუ ჩვენ ვაპირებთ გამოვიყენოთ დეიტერიუმ-ტრიტიუმის საწვავის ციკლი, ჩვენ მოგვიწევს სითბოს ამოღება და ტრიტიუმის გამოყვანა”, - თქვა რიჩარდ ჰავრილუკმა, DOE მეცნიერების ოფისის უფროსმა ტექნიკურმა მრჩეველმა და 2021 წლის NASEM ანგარიშის თავმჯდომარემ. .

„განსაკუთრებული გამოწვევაა საწვავის ციკლის უსაფრთხოდ და ეფექტურად დახურვის აუცილებლობა“, ნათქვამია მოხსენებაში, „რომელიც დეიტერიუმ-ტრიტიუმის შერწყმის დიზაინში გულისხმობს საბნების შემუშავებას ტრიტიუმის მოსაშენებლად და მოსაპოვებლად, ასევე საწვავის, ამოწურვის, შეზღუდვისთვის, ტრიტიუმის მოპოვება და გამოყოფა მნიშვნელოვანი რაოდენობით“.

3 გამონაბოლქვი სისტემა

შერწყმის რეაქციაში წარმოქმნილი გაუგებარი სითბოს ნაწილი გამოყენებული იქნება ენერგიის წარმოებისთვის, მაგრამ ჯერ მისი მართვაა საჭირო და თქვენი სტანდარტული სამზარეულოს ვენტილატორი არ იმუშავებს.

„სრული კვლევის პროგრამა მოითხოვს სატესტო ობიექტებს, რომლებიც აწარმოებენ სინთეზური ელექტროსადგურის მსგავს გარემოს, რათა შეაფასონ რეაქტორთან დაკავშირებული დენის გამონაბოლქვი შერწყმის ნეიტრონების გარემოში“, - ნათქვამია NASEM ანგარიშში.

4 უფრო ეფექტური ლაზერი

DOE's National Ignition Facility (NIF) იზეიმა დიდი ხნის ნანატრი მიღწევა დეკემბერში, როდესაც გამოიწვია შერწყმის რეაქცია, რომელმაც გაათავისუფლა მეტი ენერგია (3.15 მეგაჯოული), ვიდრე ლაზერის სხივები, რომლითაც ის ანთებდა (2.05 მეგაჯოული). მაგრამ ლაზერის გასაძლიერებლად 300 მეგაჯოული დასჭირდა.

საბოლოოდ, ასეთი ლაზერები იკვებება მათი ამოქმედების შემდეგ, სინთეზური რეაქტორის ელექტროენერგიით. მაგრამ უფრო ეფექტური ლაზერები ნიშნავს უფრო ეფექტურ რეაქტორებს, რაც მეტ ენერგიას უტოვებს მომხმარებელს ან ქსელს.

5 გამეორება

ეს არ არის საკმარისი იმისათვის, რომ ლაზერი ეფექტური იყოს. ის ასევე ნაკლებად უნდა იმუშაოს როგორც მუშკეტი და უფრო ავტომატივით.

”შესანიშნავი შედეგი NIF-ში,” - თქვა ჰავრილუკმა, ”ჩვენ მივედით ამ წერტილამდე წელიწადში რამდენიმე დარტყმის გაკეთებით. თქვენ უნდა შეგეძლოთ მიხვიდეთ იმ წერტილამდე, როდესაც აკეთებთ რამდენიმე დარტყმას წამში, ან დარტყმას წამში, ასე რომ, გამეორების ტემპიც უნდა დავეუფლოთ“.

ეს ზრდის პროცესის ყოველი ნაბიჯის გამეორების სიჩქარეს, დაწყებული საწვავის კაფსულით. ჟურნალის ცნობით მეცნიერება,,დღეში ერთი მილიონი კაფსულის დამზადება, შევსება, განლაგება, აფეთქება და გასუფთავება იქნება საჭირო - ეს არის უზარმაზარი საინჟინრო გამოწვევა.

მეტი FORBESFusion აპირებს გახდეს აუცილებელი ინვესტიცია, ამბობს DOE ოფიციალურიBy ჯეფ მაკმაონი