Lima Teknologi Pemboleh Yang Diperlukan Industri Gabungan

Tenaga gabungan memerlukan lebih daripada tindak balas pelakuran yang berterusan sebelum ia boleh membantu dunia menghasilkan tenaga neutral karbon yang mencukupi. Jabatan Tenaga AS telah mengenal pasti agenda penyelidikan dan pembangunan untuk rangkaian teknologi dan proses untuk membolehkan gabungan.

Dua pegawai JAS menamakan lima daripada teknologi mendesak tersebut dalam a Webinar Khamis dihoskan oleh Akademi Sains, Kejuruteraan dan Perubatan Kebangsaan (NASEM). Lebih banyak diliputi dalam NASEM 2021 melaporkan yang menggesa pembangunan pesat teknologi yang membolehkan gabungan:

"Walaupun ini sering ditangguhkan untuk masa depan, matlamat tenaga gabungan ekonomi dalam beberapa dekad akan datang sebagai kepentingan strategik AS mendorong keperluan untuk meningkatkan penyelidikan dan pembangunan dengan pantas bahan yang membolehkan, komponen dan teknologi nuklear gabungan."

Lima yang diketengahkan pada hari Khamis termasuk:

1 Bahan Kalis Gabungan

Plasma tempat tindak balas pelakuran berlaku boleh lebih panas daripada matahari. Medan magnet atau inersia yang kuat boleh mengekang plasma, menampannya daripada dinding dan komponen reaktor, tetapi reaktor pelakuran tetap memerlukan bahan yang boleh mengendalikan haba melampau dan pengeboman oleh neutron yang terlepas apabila isotop hidrogen berubah menjadi helium.

Untuk menguji bahan berpotensi, saintis perlu menghasilkan keadaan yang serupa dengan tindak balas pelakuran.

"Terdapat keperluan yang sangat besar untuk sumber neutron prototaip gabungan untuk dapat mengumpulkan data bahan, yang boleh mengambil masa bertahun-tahun pendedahan," kata Scott Hsu, penyelaras gabungan utama DOE. Semasa sumber neutron itu dalam pembangunan, tambahnya, pembelajaran mesin dan ujian bahan boleh membantu mengecilkan bilangan bahan calon.

Terdapat juga potensi untuk mengelakkan bahan sepenuhnya dengan menggunakan "reka bentuk dinding dan selimut pertama yang benar-benar transformatif, di mana anda mungkin tidak mempunyai sebarang bahan pepejal yang menghadap ke plasma, dan itu hampir mengetepikan isu bahan," kata Hsu. "Dan kita perlu menyimpan idea-idea itu di atas meja."

2 Pembiak Tritium

Reka bentuk gabungan-reaktor yang paling biasa menggunakan dua isotop hidrogen—deuterium (²H) dan Tritium (³H)—sebagai bahan api.

"Jika kita akan menggunakan kitaran bahan api deuterium-tritium, kita perlu mengeluarkan haba dan membiak tritium," kata Richard Hawryluk, penasihat teknikal kanan di Pejabat Sains DOE dan pengerusi laporan NASEM 2021 .

“Cabaran tertentu ialah keperluan untuk menutup kitaran bahan api dengan selamat dan cekap,” laporan itu menyatakan, “yang bagi reka bentuk gabungan deuterium-tritium melibatkan pembangunan selimut untuk membiak dan mengekstrak tritium, serta bahan bakar, meletihkan, mengurung, mengekstrak, dan mengasingkan tritium dalam kuantiti yang banyak."

3 Sistem Ekzos

Sebahagian daripada haba yang tidak dapat diduga yang dihasilkan dalam tindak balas pelakuran akan digunakan untuk menghasilkan kuasa, tetapi terlebih dahulu ia perlu diuruskan, dan kipas dapur standard anda tidak akan berfungsi.

"Program penyelidikan penuh akan memerlukan kemudahan ujian yang menghasilkan persekitaran yang semakin serupa dengan loji kuasa gabungan untuk menilai pengendalian ekzos kuasa yang berkaitan dengan reaktor dalam persekitaran neutron gabungan," laporan NASEM menyatakan.

4 Laser Lebih Cekap

Kemudahan Pencucuhan Kebangsaan (NIF) DOE meraikan pencapaian yang lama dicari pada bulan Disember apabila ia mencetuskan tindak balas gabungan yang mengeluarkan lebih banyak tenaga (3.15 megajoule) daripada pancaran dari laser yang menyalakannya (2.05 megajoule). Tetapi ia mengambil masa 300 megajoule untuk menggerakkan laser.

Akhirnya, laser sedemikian akan dikuasakan, selepas permulaannya, oleh elektrik daripada reaktor gabungan. Tetapi laser yang lebih cekap bermakna reaktor yang lebih cekap, meninggalkan lebih banyak kuasa untuk pengguna atau grid.

5 Ulangan

Ia tidak mencukupi untuk laser menjadi cekap. Ia juga perlu beroperasi kurang seperti senapang dan lebih seperti mesingan.

"Hasil yang mengagumkan di NIF," kata Hawryluk, "kami sampai ke tahap itu dengan melakukan beberapa tangkapan setiap tahun. Anda mesti boleh sampai ke tahap di mana anda melakukan beberapa pukulan sesaat, atau pukulan sesaat, jadi kadar pengulangan, juga, yang perlu kami kuasai.”

Itu meningkatkan kadar pengulangan untuk setiap langkah dalam proses, bermula dengan kapsul bahan api. Menurut jurnal tersebut Sains/Ilmu, "Satu juta kapsul sehari perlu dibuat, diisi, diletakkan, diletupkan dan dibersihkan—cabaran kejuruteraan yang besar."

LEBIH DARIPADA FORBESFusion Bakal Menjadi Pelaburan Mesti Ada, Kata Pegawai JASBy Jeff McMahon