Penkios įgalinančios technologijos, kurių prireiks sintezės pramonei

Sintezės energijai reikia daugiau nei ilgalaikės sintezės reakcijos, kad ji galėtų padėti pasauliui pagaminti pakankamai anglies atžvilgiu neutralios energijos. JAV Energetikos departamentas nustatė technologijų ir procesų rinkinio mokslinių tyrimų ir plėtros darbotvarkę, kad būtų galima įgalinti sintezę.

Du DOE pareigūnai įvardijo penkias iš šių svarbių technologijų a Webinar Ketvirtadienį surengė Nacionalinės mokslo, inžinerijos ir medicinos akademijos (NASEM). Daugiau informacijos pateikiama 2021 m. NASEM pranešti tai skatina sparčiai plėtoti sintezę įgalinančias technologijas:

„Nors tai dažnai atidedama ateičiai, ekonomiškos sintezės energijos tikslas per ateinančius kelis dešimtmečius, kaip JAV strateginis interesas, skatina būtinybę sparčiai plėsti įgalinančių medžiagų, komponentų ir branduolių sintezės technologijų tyrimus ir plėtrą.

Penki paryškinti ketvirtadieniai apima:

1 Lydymuisi atsparios medžiagos

Plazma, kurioje vyksta sintezės reakcija, gali būti šilčiau nei saulė. Galingas magnetinis laukas arba inercija gali apriboti plazmą, buferiuodama ją nuo reaktoriaus sienelių ir komponentų, tačiau branduolių sintezės reaktoriams vis dėlto reikės medžiagų, kurios atlaikytų didelį karštį ir bombardavimą neutronais, atsilaisvinusiais, kai vandenilio izotopai virsta heliu.

Norėdami išbandyti galimas medžiagas, mokslininkai turi sukurti sąlygas, panašias į sintezės reakciją.

„Yra labai didelis poreikis branduolių sintezės prototipiniam neutronų šaltiniui, kad būtų galima surinkti duomenis apie medžiagas, o tai gali užtrukti daugelį metų“, - sakė Scottas Hsu, pagrindinis DOE sintezės koordinatorius. Nors šis neutronų šaltinis yra kuriamas, pridūrė jis, mašininis mokymasis ir medžiagų testavimas gali padėti susiaurinti kandidatų medžiagų skaičių.

Taip pat yra galimybė visiškai išvengti medžiagų naudojant „tikrai transformuojančius pirmosios sienos ir antklodžių dizainus, kai gali net nebūti jokios kietos medžiagos, kuri būtų atsukta į plazmą, ir tai beveik pašalina medžiagų problemą“, - sakė Hsu. "Ir mes turime išlaikyti šias idėjas ant stalo."

2 Tričio selekcininkas

Dažniausiai sintezės reaktoriuose naudojami du vandenilio izotopai – deuteris (²H) ir tritis (³H) – kaip kuras.

„Jei ketiname naudoti deuterio-tričio kuro ciklą, turėsime išgauti šilumą ir gaminti tritį“, – sakė Richardas Hawryluk, DOE Mokslo biuro vyresnysis patarėjas techniniame klausimais ir 2021 m. NASEM ataskaitos pirmininkas. .

„Ypatingas iššūkis yra būtinybė saugiai ir efektyviai uždaryti kuro ciklą“, – teigiama ataskaitoje, – o tai deuterio ir tričio sintezės projektuose apima antklodžių, skirtų tričiui veisti ir išgauti, kūrimą, taip pat kuro tiekimą, išsekimą, uždarymą, dideliais kiekiais tričio ekstrahavimas ir atskyrimas.

3 Išmetimo sistema

Dalis neaprėpiamos šilumos, susidarančios sintezės reakcijos metu, bus panaudota energijai gaminti, bet pirmiausia ją reikia valdyti, o jūsų standartinis virtuvės ventiliatorius to nepadarys.

„Visai mokslinių tyrimų programai reikės bandymų įrenginių, kurių aplinka vis labiau panaši į branduolių sintezės jėgainę, kad būtų galima įvertinti su reaktoriumi susijusią galios išmetamųjų dujų tvarkymą sintezės neutronų aplinkoje“, – teigiama NASEM ataskaitoje.

4 efektyvesni lazeriai

DOE Nacionalinis uždegimo įrenginys (NIF) atšventė ilgai siektą pasiekimą gruodžio mėn., kai sukėlė sintezės reakciją, kuri išskyrė daugiau energijos (3.15 megadžaulio) nei jį uždegusio lazerio spinduliai (2.05 megadžaulio). Tačiau lazeriui įjungti prireikė 300 megadžaulių.

Galiausiai tokie lazeriai po jų paleidimo bus maitinami elektra iš branduolių sintezės reaktoriaus. Tačiau efektyvesni lazeriai reiškia efektyvesnius reaktorius, paliekant daugiau galios vartotojui arba tinklui.

5 Kartojimas

Nepakanka, kad lazeris būtų efektyvus. Jis taip pat turi veikti mažiau kaip muškieta ir labiau kaip kulkosvaidis.

„Nuostabus NIF rezultatas, – sakė Hawryluk, – mes pasiekėme tą tašką padarę keletą kadrų per metus. Turite sugebėti pasiekti tašką, kai darote kelis kadrus per sekundę arba kadrą per sekundę, taigi mes taip pat turime įvaldyti pasikartojimo dažnį.

Tai padidina pasikartojimo dažnį kiekviename proceso žingsnyje, pradedant nuo degalų kapsulės. Anot žurnalo Mokslas„Reikėtų pagaminti, užpildyti, išdėstyti, susprogdinti ir išvalyti vieną milijoną kapsulių per dieną – didžiulis inžinerinis iššūkis.

DAUGIAU NUO FORBŲ„Fusion“ netrukus taps privaloma investicija, teigia DOE pareigūnasBy Jeffas McMahonas