Investicija od 42 milijuna dolara! Ministarstvo energetike SAD-a stvara 3 glavna istraživačka centra za lasersku fuziju

U četvrtak po lokalnom vremenu, Ministarstvo energetike SAD-a objavilo je da stvara tri istraživačka centra u nadi da će unaprijediti znanost i tehnologiju temeljne inercijske fuzijske energije (IFE) i iskoristiti minijaturne laserski vođene termonuklearne eksplozije u budućim elektranama.
Tri centra, smještena u Nacionalnom laboratoriju Lawrence Livermore (LLNL) u Kaliforniji, Državnom sveučilištu Colorado i Sveučilištu Rochester u državi New York, podijelit će ukupno 42 milijuna dolara tijekom četiri godine. Od toga, po 16 milijuna dolara za Livermore i Colorado State, te 10 milijuna dolara za Sveučilište Rochester - mali dio DOE-ovog proračuna za znanost o fuzijskoj energiji - koji ove godine iznosi više od pola milijarde dolara.
Scott Hsu, glavni koordinator fuzije DOE-a, rekao je da će se buduća istraživanja u tri centra "više usredotočiti na temeljne tehnologije potrebne za bilo koji inercijski fuzijski sustav.
Energija se proizvodi spajanjem dva mala atoma, obično vodika, u veći atom. Ovaj proces, poznat kao "fuzija", izvor je energije za Sunce i druge zvijezde. Kad bi se kontrolirana nuklearna fuzija mogla reproducirati na Zemlji, proizvodila bi obilje energije bez proizvodnje ugljičnog dioksida koji zagrijava Zemlju ili dugotrajnog radioaktivnog otpada.
Do danas, većina istraživanja fuzijske energije i većina proračuna Ministarstva energetike za znanost o fuziji usredotočena je na reaktore koji koriste snažna magnetska polja za zadržavanje pregrijanog vodika dok se jezgre ne sudare i spoje. Ali uspješan eksperiment proveden prošle godine u Livermoreu National Ignition Facility (NIF) naglasio je drugačiji pristup - ispaljivanje moćnih lasera na pojedinačne čestice vodika kako bi se njihovi atomi skupili i proizveli bljesak fuzije.
LLNL je postigao fuzijsku paljenje na NIF-u četiri puta do danas. Najnovije je postignuto ispaljivanjem 2,2 megajoula (MJ) energije na metu paljenja, proizvodeći 3,4 MJ fuzijske energije. NIF nije dizajniran kao prototip za proizvodnju fuzijske energije. Od prestanka nuklearnih pokusa 1992. godine, prvenstveno se koristio za pomoć u održavanju američkog nuklearnog oružja. U prethodnim eksperimentima, znanstveni eksperiment NIF ispalio je laserski puls u kuglicu s vodikovim gorivom. Praktična elektrana trebala bi više puta ispaljivati ​​laserski puls frekvencijom od 10 puta u sekundi, pri čemu bi svaki impuls ubacivao novu kuglicu goriva.
Ti laseri moraju biti snažniji, pouzdaniji i energetski učinkovitiji od NIF-ovih lasera. Mete na vodikovo gorivo moraju biti jeftine i lake za proizvodnju. Elektrana će trebati stalnu opskrbu milijunima peleta. Novi istraživački centar pomoći će u rješavanju ovih prepreka.
Kramer Akli, koji upravlja vladinim programom Inertial Fusion Energy Sciences, rekao je da je DOE primio mnogo prijava, a žiri je odabrao Livermore, Rochester i Colorado State. Svaki od pobjedničkih programa uključivao je suradnju s drugim sveučilištima, nacionalnim laboratorijima i privatnim tvrtkama.
Dr. Akli je rekao: "Okupite najbistrije umove u svom području kako biste mogli dodatno ubrzati inovacije i riješiti neke od izazova energije inercijske fuzije."
Jedan od glavnih ciljeva centra Sveučilišta u Rochesteru je testiranje nove vrste lasera koji se može ispaliti izravno na vodikovo gorivo. Ova je metoda energetski učinkovitija od one korištene u eksperimentu NIF u Livermoreu. Ali ako male varijacije u laseru proizvode nestabilnosti, one mogu spriječiti fuziju.
Ova se nestabilnost može kontrolirati ako se laser širi preko niza valnih duljina. Znanstvenici sa Sveučilišta u Rochesteru već godinama rade na ovom pristupu, nazvanom izravni pogon, a financiranje istraživanja iz centra koristit će se za eksperimente kako bi se testiralo može li novi laser velike snage prevladati ovaj problem. Ovo otvara put do programa s izravnim pogonom.
Državno središte u Coloradu proučavat će niz lasera predloženih za različite koncepte inercijske fuzije i ispitati različite dizajne za ciljeve s gorivom. Carmen Menoni, profesorica elektrotehnike i računalnog inženjerstva koja je predvodila prijedlog centra, rekla je da će proučavati nove materijale za laserske optičke premaze kako bi mogli bolje izdržati dugotrajne laserske napade visoke energije.
Tammy Ma, fizičarka plazme u Nacionalnom laboratoriju Livermore (LLNL), rekla je da će fokus centra ići dalje od pristupa neizravnog pogona koji koristi NIF i početi rješavati probleme potrebne za izgradnju stvarne elektrane. "Ne radi se samo o tome da imate metu i pogodite je i stvorite energiju."
Prvo bi istraživanje trebalo pomoći da se rasvijetli koji pristupi najviše obećavaju. "Ulaganje neće biti dovoljno za stvarno pronalaženje tih odgovora," prema dr. Tammy Ma, "ali mislim da ćemo nakon četiri godine moći zacrtati obećavajući put za Sjedinjene Države da stvarno pokažu punu pilot postrojenje."
Američka ministrica energetike Jennifer M. Granholm rekla je: "Iskorištavanje fuzijske energije jedan je od najvećih znanstvenih i tehnoloških izazova 21. stoljeća. Sada smo uvjereni da fuzijska energija nije samo mogućnost, već i izuzetno obećavajuća. Znanstvenici u ovim centrima će biti na čelu proboja koji će promijeniti igru ​​i spasiti planet."
Projekti financirani od strane Programa ubrzanog istraživanja inercijalne fuzijske energije, znanosti i tehnologije (IFE-star) spojit će stručnost i sposobnosti nacionalnih laboratorija američkog Ministarstva energetike, akademske zajednice i industrije kako bi se unaprijedile komponente IFE sustava. Inercijalna zatvorena fuzija je vodeća metoda fuzije koja koristi lasere ili druge tehnologije za komprimiranje i zagrijavanje guste plazme. program IFE-star će razviti: ciljne dizajne s visokim dobitkom; visokoučinkoviti laseri s visokim stopama ponavljanja; i izradu, praćenje i djelovanje fuzijske mete važne za život. program IFE-star dizajniran je za pružanje širokog spektra tehnologija za podršku IFE sustavu, uključujući korištenje lasera, lasera i lasera u širokom rasponu primjena. Glavna komponenta financiranog projekta je upravljanje inercijskim fuzijskim ekosustavom, uključujući razvoj uključive i raznolike radne snage.
Laboratorij za lasersku energetiku (LLE) Sveučilišta u Rochesteru, kojeg vodi 400 članova osoblja u Rochesteru, dugo je bio na čelu energetike, znanosti i tehnologije. Samo prošle godine, znanstvenici iz Nacionalnog laboratorija Lawrence Livermore, uz potporu LLE-a, dosegli su prvu prekretnicu neto povećanja energije.
Kao rezultat otkrića u National Ignition Facility Nacionalnog laboratorija Lawrence Livermore, inercijalna zatvorena fuzija je privukla još veći interes i pozornost. Projekt IFE-star ima za cilj pozabaviti se zajedničkim znanstvenim i tehnološkim prazninama u očekivanim tehnološkim planovima IFE fuzionih kompanija koje sudjeluju u projektu u Milestone Fusion Development Programu Ureda za znanost baveći se prioritetnim istraživačkim mogućnostima navedenim u izvješću IFE Workshop on Basic Research Needs. Kontinuirani napredak. Za razliku od magnetske zatvorene fuzije, koja je dizajnirana za održavanje gorenja plazme tijekom dugih vremenskih razdoblja, IFE će zahtijevati stvaranje ponavljajućih impulsa. Jedan je cilj razviti znanost i tehnologiju potrebnu za prelazak inercijske fuzije s pojedinačnih eksperimenata s malim pojačanjem na visoke stope ponavljanja s visokim pojačanjem potrebnim za potencijalna IFE pilot postrojenja.
Ministarstvo energetike Sjedinjenih Država uspostavlja poseban program kroz IFE-star. Odabrani projekt izgradit će i iskoristiti vodeće svjetske sposobnosti, stručnost, dijagnostiku i objekte, a IFE-star će također značajno proširiti IFE istraživanje koje zajednički financiraju DOE Agencija za napredne istraživačke projekte za energiju (ARPA-E) i Ured za znanost .