پنج فناوری توانمندی که یک صنعت فیوژن به آن نیاز دارد

انرژی همجوشی قبل از اینکه بتواند به جهان در تولید انرژی کافی کربن خنثی کمک کند به چیزی بیش از یک واکنش همجوشی پایدار نیاز دارد. وزارت انرژی ایالات متحده یک دستور کار تحقیق و توسعه برای مجموعه ای از فناوری ها و فرآیندها برای فعال کردن همجوشی مشخص کرده است.

دو نفر از مقامات DOE نام پنج مورد از این فناوری‌ها را در الف نام بردند وبینار پنجشنبه به میزبانی آکادمی ملی علوم، مهندسی و پزشکی (NASEM). موارد بیشتری در NASEM 2021 پوشش داده شده است گزارش که توسعه سریع فناوری های همجوشی را ضروری می کند:

اگرچه این امر اغلب برای آینده به تعویق می افتد، اما هدف انرژی همجوشی اقتصادی در چند دهه آینده به عنوان یک منافع استراتژیک ایالات متحده، نیاز به افزایش سریع تحقیق و توسعه مواد، اجزا و فناوری های هسته ای را افزایش می دهد.

پنج پنج شنبه برجسته عبارتند از:

1 مواد ضد همجوشی

پلاسمایی که واکنش همجوشی در آن رخ می دهد می تواند باشد گرمتر از خورشید. یک میدان مغناطیسی قدرتمند یا اینرسی می‌تواند پلاسما را محدود کند و آن را از دیواره‌ها و اجزای راکتور بافر کند، اما با این وجود راکتورهای همجوشی به موادی نیاز دارند که بتوانند گرمای شدید و بمباران توسط نوترون‌ها را که زمانی که ایزوتوپ‌های هیدروژن به هلیوم تبدیل می‌شوند، کنترل کنند.

برای آزمایش مواد بالقوه، دانشمندان باید شرایطی مشابه واکنش همجوشی ایجاد کنند.

اسکات هسو، هماهنگ کننده اصلی همجوشی DOE می گوید: «نیاز بسیار شدیدی برای یک منبع نوترونی نمونه اولیه وجود دارد تا بتواند داده های مواد را جمع آوری کند، که ممکن است سال ها در معرض قرار گرفتن باشد. وی افزود، در حالی که منبع نوترونی در حال توسعه است، یادگیری ماشین و آزمایش مواد می تواند به کاهش تعداد مواد نامزد کمک کند.

هسو گفت، همچنین پتانسیل اجتناب از مواد کاملاً با استفاده از "طراحی‌های دیوار و پتو واقعاً متحول کننده وجود دارد، جایی که ممکن است حتی مواد جامدی رو به پلاسما نداشته باشید و این تقریباً مسئله مواد را نادیده می‌گیرد." و ما باید این ایده ها را روی میز نگه داریم.»

2 پرورش دهنده تریتیوم

رایج‌ترین طرح‌های راکتورهای همجوشی از دو ایزوتوپ هیدروژن-دوتریوم (دوتریوم) استفاده می‌کنند.²H) و تریتیوم (³ح) - به عنوان سوخت.

ریچارد هاوریلوک، مشاور فنی ارشد در دفتر علوم DOE و رئیس گزارش 2021 NASEM گفت: «اگر می‌خواهیم از چرخه سوخت دوتریوم-تریتیوم استفاده کنیم، باید گرما را استخراج کرده و تریتیوم تولید کنیم. .

در این گزارش آمده است: «یک چالش خاص نیاز به بستن ایمن و کارآمد چرخه سوخت است، که برای طرح‌های همجوشی دوتریوم-تریتیوم شامل توسعه پتوهایی برای تولید مثل و استخراج تریتیوم، و همچنین سوخت‌رسانی، فرسودگی، محدود کردن، استخراج و جداسازی تریتیوم در مقادیر قابل توجهی.

3 سیستم اگزوز

مقداری از گرمای غیرقابل درک تولید شده در یک واکنش همجوشی برای تولید برق استفاده می شود، اما ابتدا باید مدیریت شود و فن آشپزخانه استاندارد شما این کار را نمی کند.

گزارش NASEM می‌گوید: «یک برنامه تحقیقاتی کامل به تأسیسات آزمایشی نیاز دارد که محیط‌هایی را تولید می‌کنند که به طور فزاینده‌ای شبیه به یک نیروگاه همجوشی برای ارزیابی عملکرد اگزوز برق مربوط به راکتور در محیط نوترون همجوشی هستند.»

4 لیزر کارآمدتر

تأسیسات احتراق ملی DOE (NIF) در دسامبر دستاوردی را جشن گرفت که مدت ها به دنبال آن بود، هنگامی که جرقه یک واکنش همجوشی را زد که انرژی بیشتری (3.15 مگاژول) نسبت به پرتوهای لیزری که آن را مشتعل کرد (2.05 مگاژول) آزاد کرد. اما برای تامین انرژی لیزر 300 مگاژول طول کشید.

در نهایت، چنین لیزرهایی پس از راه اندازی، با برق از راکتور همجوشی تغذیه خواهند شد. اما لیزرهای کارآمدتر به معنای راکتورهای کارآمدتر است که توان بیشتری را برای کاربر یا شبکه باقی می گذارد.

5 تکرار

برای کارآمد بودن لیزر کافی نیست. همچنین باید کمتر شبیه تفنگ تفنگ و بیشتر شبیه مسلسل عمل کند.

هاوریلوک گفت: «نتیجه فوق‌العاده در NIF، با انجام چند عکس در سال به آن نقطه رسیدیم. شما باید بتوانید به نقطه‌ای برسید که در هر ثانیه چند عکس یا یک شوت در ثانیه انجام می‌دهید، بنابراین این میزان تکرار نیز هست که ما باید به آن تسلط داشته باشیم.»

این میزان تکرار را برای هر مرحله از فرآیند، از کپسول سوخت، افزایش می‌دهد. به گزارش مجله علم"یک میلیون کپسول در روز باید ساخته شود، پر شود، قرار داده شود، منفجر شود، و پاک شود - یک چالش مهندسی بزرگ."

بیشتر از FORBESمقام DOE می گوید فیوژن در شرف تبدیل شدن به یک سرمایه گذاری ضروری استBy جف مک ماهون