Investícia 42 miliónov dolárov! Ministerstvo energetiky USA vytvorilo 3 veľké výskumné centrá laserovej fúzie

Americké ministerstvo energetiky vo štvrtok miestneho času oznámilo, že vytvára tri výskumné centrá v nádeji na pokrok vo vede a technológii základnej inerciálnej fúznej energie (IFE) a na využitie miniatúrnych laserom riadených termonukleárnych výbuchov v budúcich elektrárňach.
Tri centrá, ktoré sa nachádzajú v Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) v Kalifornii, Colorado State University a University of Rochester v štáte New York, si počas štyroch rokov rozdelia spolu 42 miliónov dolárov. Z toho 16 miliónov dolárov pre Livermore a štát Colorado a 10 miliónov dolárov pre Rochesterskú univerzitu – malý zlomok rozpočtu DOE na vedu o energii z jadrovej syntézy – čo je tento rok viac ako pol miliardy dolárov.
Scott Hsu, hlavný koordinátor fúzie DOE, povedal, že budúci výskum v týchto troch centrách sa „viac zameria na základné technológie potrebné pre akýkoľvek inerciálny fúzny systém.
Energia sa vyrába spojením dvoch malých atómov, zvyčajne vodíka, do väčšieho atómu. Tento proces, známy ako „fúzia“, je zdrojom energie pre slnko a iné hviezdy. Ak by sa na Zemi podarilo reprodukovať riadenú jadrovú fúziu, produkovala by hojnú energiu bez produkcie oxidu uhličitého, ktorý by otepľoval Zem, alebo rádioaktívneho odpadu s dlhou životnosťou.
K dnešnému dňu sa väčšina výskumu fúznej energie a väčšina rozpočtu ministerstva energetiky na fúznu vedu sústredila na reaktory, ktoré využívajú silné magnetické polia na zadržiavanie prehriateho vodíka, kým sa jadrá nezrazia a neskombinujú. Úspešný experiment uskutočnený minulý rok v Livermore's National Ignition Facility (NIF) však zdôraznil odlišný prístup – vystreľovanie výkonných laserov na jednotlivé častice vodíka, aby sa ich atómy stlačili dohromady a vytvorili záblesk fúzie.
LLNL doteraz dosiahol fúzne zapálenie na NIF štyrikrát. Najnovšie sa to dosiahlo vypálením 2,2 megajoulov (MJ) energie na cieľ vznietenia, čím sa vyprodukovalo 3,4 MJ fúznej energie. NIF nebol navrhnutý ako prototyp na výrobu fúznej energie. Od ukončenia jadrových testov v roku 1992 sa používa predovšetkým na pomoc pri údržbe amerických jadrových zbraní. V predchádzajúcich experimentoch vedecký experiment NIF vystrelil laserový impulz do pelety poháňanej vodíkom. Praktická elektráreň by musela laserový impulz vyžarovať opakovane s frekvenciou 10-krát za sekundu, pričom každý impulz by vložil novú palivovú pelety.
Tieto lasery musia byť výkonnejšie, spoľahlivejšie a energeticky efektívnejšie ako lasery NIF. Ciele na vodíkové palivo musia byť lacné a ľahko vyrobiteľné. Elektráreň bude potrebovať stály prísun miliónov peliet. Nové výskumné centrum pomôže tieto prekážky riešiť.
Kramer Akli, ktorý riadi vládny program Inertial Fusion Energy Sciences, uviedol, že DOE dostalo veľa žiadostí a porota vybrala Livermore, Rochester a Colorado State. Každý z víťazných programov zahŕňal spoluprácu s inými univerzitami, národnými laboratóriami a súkromnými spoločnosťami.
Dr. Akli povedal: "Spojte najbystrejšie mysle vo svojom odbore, aby ste mohli ďalej urýchliť inovácie a vyriešiť niektoré problémy inerciálnej fúznej energie."
Jedným z hlavných cieľov centra University of Rochester je otestovať nový typ lasera, ktorý je možné vypáliť priamo na vodíkové palivo. Táto metóda je energeticky efektívnejšia ako metóda použitá v experimente NIF v Livermore. Ale ak malé odchýlky v laseri spôsobujú nestabilitu, môžu brániť fúzii.
Táto nestabilita môže byť kontrolovaná, ak sa laser šíri v rozsahu vlnových dĺžok. Vedci z University of Rochester pracujú na tomto prístupe, ktorý sa nazýva priamy pohon, už roky a financovanie výskumu z centra sa použije na experimenty, aby sa otestovalo, či nový vysokovýkonný laser dokáže prekonať tento problém. Tým sa otvorí cesta k programu priamej jazdy.
Stredisko v štáte Colorado bude študovať rôzne lasery navrhnuté pre rôzne koncepcie inerciálnej fúzie a skúmať rôzne návrhy palivových cieľov. Carmen Menoni, profesorka elektrotechniky a počítačového inžinierstva, ktorá viedla návrh centra, uviedla, že bude študovať nové materiály pre laserové optické povlaky, aby lepšie odolali trvalým, vysokoenergetickým laserovým útokom.
Tammy Ma, plazmová fyzika v Livermore National Laboratory (LLNL), uviedla, že zameranie centra presiahne prístup s nepriamym pohonom používaným NIF a začne riešiť problémy potrebné na vybudovanie skutočnej elektrárne. "Nie je to len o tom, že máte cieľ a zasiahnete ho a vytvoríte energiu."
Počiatočný výskum by mal pomôcť objasniť, ktoré prístupy sú najsľubnejšie. „Investícia nebude dostatočná na to, aby sme skutočne našli tieto odpovede,“ hovorí Dr. Tammy Ma, „ale myslím si, že na konci štyroch rokov môžeme pre Spojené štáty načrtnúť sľubnú cestu, aby skutočne ukázali úplné pilotné zariadenie v mierke“.
Americká ministerka energetiky Jennifer M. Granholmová povedala: "Využitie energie jadrovej syntézy je jednou z najväčších vedeckých a technologických výziev 21. storočia. Teraz sme presvedčení, že energia jadrovej syntézy je nielen možnosťou, ale aj mimoriadne sľubnou. Vedci v týchto centrách budú byť v popredí prielomu, ktorý mení hru a zachraňuje planéty.“
Projekty financované z programu Accelerated Research in Inertial Fusion Energy Science and Technology (IFE-star) spoja odborné znalosti a schopnosti národných laboratórií, akademickej obce a priemyslu Ministerstva energetiky USA na zlepšenie komponentov systému IFE. Inerciálna fúzia je popredná fúzna metóda, ktorá využíva lasery alebo iné technológie na kompresiu a zahrievanie hustej plazmy. program IFE-star vyvinie: návrhy cieľov s vysokým ziskom; vysokoúčinné lasery s vysokou opakovacou frekvenciou; a výroba, sledovanie a zapojenie životne dôležitých cieľov fúzie. program IFE-star je navrhnutý tak, aby poskytoval širokú škálu technológií na podporu systému IFE, vrátane použitia laserov, laserov a laserov v širokej škále aplikácií. Hlavnou súčasťou financovaného projektu je riadenie ekosystému inerciálnej fúzie vrátane rozvoja inkluzívnej a rôznorodej pracovnej sily.
Laboratórium pre laserovú energetiku (LLE) University of Rochester, ktoré riadi 400 zamestnancov Rochesteru, je už dlho v popredí energetiky, vedy a techniky. Len minulý rok vedci z Lawrence Livermore National Laboratory, podporovaní LLE, dosiahli prvý míľnik čistého zisku energie.
V dôsledku prelomu v Národnom zapaľovacom zariadení Lawrence Livermore National Laboratory si inerciálna fúzia získala ešte väčší záujem a pozornosť. Cieľom projektu IFE-star je riešiť spoločné vedecké a technologické medzery v očakávaných technologických plánoch zúčastnených spoločností zaoberajúcich sa fúziou IFE. v Milestone Fusion Development Programme Office of Science tým, že sa zameria na prioritné výskumné príležitosti uvedené v správe IFE Workshop on Basic Research Needs. Pokračujúci pokrok. Na rozdiel od magnetickej fúzie, ktorá je navrhnutá na udržanie horenia plazmy po dlhú dobu, IFE bude vyžadovať vytváranie opakujúcich sa impulzov. Jedným z cieľov je vyvinúť vedu a technológiu potrebnú na to, aby sa inerciálna fúzia posunula z jednotlivých experimentov s nízkym ziskom na vysoko ziskové a vysoké miery opakovania potrebné pre potenciálne pilotné zariadenia IFE.
Ministerstvo energetiky Spojených štátov amerických vytvára špeciálny program prostredníctvom IFE-star. Vybraný projekt vybuduje a využije popredné svetové schopnosti, odbornosť, diagnostiku a zariadenia a IFE-star tiež výrazne rozšíri výskum IFE spoločne financovaný agentúrou DOE Advanced Research Projects Agency for Energy (ARPA-E) a Úradom pre vedu. .