خمس تقنيات تمكينية ستحتاج إليها صناعة اندماج

تحتاج طاقة الاندماج إلى أكثر من تفاعل اندماجي مستدام قبل أن تتمكن من مساعدة العالم على إنتاج طاقة محايدة كربونية كافية. حددت وزارة الطاقة الأمريكية جدول أعمال للبحث والتطوير لمجموعة من التقنيات والعمليات لتمكين الاندماج.

قام اثنان من مسؤولي وزارة الطاقة بتسمية خمسة من تلك التقنيات الملحة في أ الويبينار يوم الخميس استضافته الأكاديميات الوطنية للعلوم والهندسة والطب (NASEM). تمت تغطية المزيد في 2021 NASEM تقرير التي تحث على التطوير السريع لتقنية تمكين الاندماج:

"على الرغم من أن هذا غالبًا ما يتم تأجيله للمستقبل ، فإن هدف طاقة الاندماج الاقتصادي خلال العقود العديدة القادمة كمصلحة استراتيجية للولايات المتحدة يدفع الحاجة إلى زيادة البحث والتطوير بشكل سريع للمواد والمكونات وتقنيات الاندماج النووية".

الخمسة المميزة يوم الخميس تشمل:

1 مواد مقاومة للانصهار

يمكن أن تكون البلازما التي يحدث فيها تفاعل الاندماج أكثر سخونة من الشمس. يمكن أن يؤدي المجال المغناطيسي القوي أو القصور الذاتي إلى حصر البلازما ، مما يؤدي إلى عزلها عن جدران ومكونات المفاعل ، لكن مفاعلات الاندماج تتطلب مع ذلك موادًا يمكنها التعامل مع الحرارة الشديدة والقصف بالنيوترونات التي يتم فكها عندما تتحول نظائر الهيدروجين إلى هيليوم.

لاختبار المواد المحتملة ، يحتاج العلماء إلى إنتاج ظروف مشابهة لتفاعل الاندماج.

قال سكوت هسو ، منسق الاندماج الرئيسي في وزارة الطاقة: "هناك حاجة ماسة جدًا لمصدر نيوتروني نموذجي للاندماج ليكون قادرًا على جمع بيانات المواد ، والتي يمكن أن تستغرق سنوات عديدة من التعرض". وأضاف أنه أثناء تطوير مصدر النيوترونات هذا ، يمكن أن يساعد التعلم الآلي واختبار المواد في تضييق عدد المواد المرشحة.

قال هسو إن هناك أيضًا إمكانية لتجنب المواد تمامًا باستخدام "تصميمات الجدران والبطانيات الأولية التحويلية حقًا ، حيث قد لا يكون لديك حتى أي مادة صلبة تواجه البلازما ، وهذا يتجنب تقريبًا مسألة المواد". "ونحن بحاجة إلى الاحتفاظ بهذه الأفكار على الطاولة."

2 أ مربي التريتيوم

تستخدم تصاميم مفاعل الاندماج الأكثر شيوعًا نظيرين للهيدروجين - الديوتيريوم (²ح) والتريتيوم (³ح) - كوقود.

قال ريتشارد هوريلوك ، كبير المستشارين الفنيين في مكتب العلوم بوزارة الطاقة ورئيس تقرير NASEM لعام 2021: "إذا كنا سنستخدم دورة وقود الديوتيريوم والتريتيوم ، فسنضطر إلى استخراج الحرارة وتوليد التريتيوم". .

"هناك تحدٍ خاص يتمثل في الحاجة إلى إغلاق دورة الوقود بأمان وكفاءة" ، كما جاء في التقرير ، "والذي يتضمن تصميمات اندماج الديوتيريوم والتريتيوم تطوير بطانيات لتكاثر واستخراج التريتيوم ، بالإضافة إلى التزويد بالوقود ، والإرهاق ، والحبس ، استخراج وفصل التريتيوم بكميات كبيرة ".

3 نظام العادم

سيتم استخدام بعض الحرارة التي لا يمكن فهمها الناتجة عن تفاعل الاندماج لإنتاج الطاقة ، ولكن يجب أولاً إدارتها ، ولن تعمل مروحة المطبخ القياسية لديك.

يقول تقرير NASEM: "سيتطلب برنامج بحث كامل مرافق اختبار تنتج بيئات مشابهة بشكل متزايد لمحطة توليد الطاقة الاندماجية لتقييم معالجة عادم الطاقة ذات الصلة بالمفاعل في بيئة النيوترونات الاندماجية".

4 أكثر كفاءة من الليزر

احتفل مرفق الإشعال الوطني (NIF) التابع لوزارة الطاقة بإنجاز طال انتظاره في ديسمبر عندما أثار تفاعل اندماج أطلق طاقة (3.15 ميغا جول) أكثر من أشعة الليزر التي أشعلته (2.05 ميغا جول). لكن الأمر استغرق 300 ميغا جول لتشغيل الليزر.

في النهاية ، سيتم تشغيل مثل هذه الليزرات ، بعد بدء تشغيلها ، بالكهرباء من مفاعل الاندماج. لكن الليزر الأكثر كفاءة يعني مفاعلات أكثر كفاءة ، مما يترك المزيد من الطاقة للمستخدم أو للشبكة.

5 التكرار

لا يكفي أن يكون الليزر فعالاً. كما يجب أن تعمل بشكل أقل مثل المسدس وأكثر مثل البندقية الآلية.

قال هوريلوك: "النتيجة الرائعة في NIF ، وصلنا إلى هذه النقطة من خلال القيام ببعض اللقطات في السنة. يجب أن تكون قادرًا على الوصول إلى النقطة التي تقوم فيها ببضع لقطات في الثانية ، أو لقطة في الثانية ، لذلك فإن معدل التكرار هو الذي يتعين علينا إتقانه ".

يؤدي ذلك إلى زيادة معدل التكرار لكل خطوة في العملية ، بدءًا من كبسولة الوقود. بحسب المجلة علوم، "يلزم تصنيع مليون كبسولة يوميًا ، وتعبئتها ، ووضعها ، وتفجيرها ، وإزالتها - وهو تحد هندسي ضخم."

أكثر من فوربزيقول مسؤول وزارة الطاقة إن الاندماج على وشك أن يصبح استثمارًا لا بد منهBy جيف مكماهون