Fem muliggørende teknologier, som en fusionsindustri har brug for

Fusionsenergi har brug for mere end en vedvarende fusionsreaktion, før den kan hjælpe verden med at producere tilstrækkelig kulstofneutral energi. Det amerikanske energiministerium har identificeret en forsknings- og udviklingsdagsorden for en række teknologier og processer for at muliggøre fusion.

To DOE-embedsmænd navngav fem af disse presserende teknologier i en webinar Torsdag afholdt af National Academies of Science, Engineering and Medicine (NASEM). Flere er dækket i en 2021 NASEM indberette der opfordrer til hurtig udvikling af fusionsaktiverende teknologi:

"Selvom dette ofte udskydes for fremtiden, driver målet om økonomisk fusionsenergi inden for de næste årtier som en amerikansk strategisk interesse behovet for hurtigt at øge forskningen og udviklingen af ​​muliggørende materialer, komponenter og nukleare fusionsteknologier."

De fem fremhævede torsdage inkluderer:

1 Fusionssikre materialer

Det plasma, hvor fusionsreaktionen opstår, kan være varmere end solen. Et kraftigt magnetfelt eller inerti kan begrænse plasmaet og buffere det fra reaktorvægge og komponenter, men fusionsreaktorer vil ikke desto mindre kræve materialer, der kan håndtere ekstrem varme og bombardement af neutroner, der løsnes, når brintisotoper omdannes til helium.

For at teste potentielle materialer skal forskerne producere forhold, der ligner en fusionsreaktion.

"Der er et meget stort behov for en fusionsprototypisk neutronkilde for at kunne indsamle materialedata, hvilket kan tage mange års eksponering," sagde Scott Hsu, DOE's ledende fusionskoordinator. Mens neutronkilden er under udvikling, tilføjede han, kan maskinlæring og materialetest hjælpe med at indsnævre antallet af kandidatmaterialer.

Der er også potentiale til at undgå materialer helt ved at bruge "virkelig transformerende første væg- og tæppedesign, hvor du måske ikke engang har noget solidt materiale vendt mod plasmaet, og det næsten omgår spørgsmålet om materialer," sagde Hsu. "Og vi er nødt til at holde disse ideer på bordet."

2 En Tritium Opdrætter

De mest almindelige fusionsreaktordesigns bruger to isotoper af brint - deuterium (²H) og Tritium (³H) — som brændsel.

"Hvis vi skal bruge en deuterium-tritium brændselscyklus, bliver vi nødt til at udvinde varmen og avle tritium," sagde Richard Hawryluk, senior teknisk rådgiver ved DOE Office of Science og formand for 2021 NASEM-rapporten .

"En særlig udfordring er behovet for sikkert og effektivt at lukke brændstofkredsløbet," hedder det i rapporten, "hvilket for deuterium-tritium-fusionsdesign involverer udvikling af tæpper til at opdrætte og udvinde tritium, såvel som brændstof, udtømning, indeslutning, udvinding og udskillelse af tritium i betydelige mængder."

3 Et udstødningssystem

Noget af den uudgrundelige varme, der produceres i en fusionsreaktion, vil blive brugt til at producere strøm, men først skal den styres, og din standard køkkenblæser duer ikke.

"Et komplet forskningsprogram vil kræve testfaciliteter, der producerer miljøer, der i stigende grad ligner et fusionskraftværk for at vurdere reaktorrelevant effektudstødningshåndtering i fusionsneutronmiljøet," hedder det i NASEM-rapporten.

4 mere effektive lasere

DOE's National Ignition Facility (NIF) fejrede en længe søgt præstation i december, da den udløste en fusionsreaktion, der frigav mere energi (3.15 megajoule) end strålerne fra laseren, der antændte den (2.05 megajoule). Men det tog 300 megajoule at drive laseren.

Til sidst vil sådanne lasere efter deres opstart blive drevet af elektricitet fra fusionsreaktoren. Men mere effektive lasere betyder mere effektive reaktorer, der efterlader mere strøm til brugeren eller nettet.

5 Gentagelse

Det er ikke nok for laseren at være effektiv. Det skal også fungere mindre som en musket og mere som et maskingevær.

"Det vidunderlige resultat i NIF," sagde Hawryluk, "vi nåede til det punkt ved at lave et par skud om året. Du skal være i stand til at nå det punkt, hvor du laver et par skud i sekundet eller et skud i sekundet, så det er også gentagelseshastigheden, vi skal mestre."

Det øger gentagelseshastigheden for hvert trin i processen, startende med brændstofkapslen. Ifølge bladet Videnskab, "En million kapsler om dagen ville skulle laves, fyldes, placeres, sprænges og ryddes væk - en kæmpe teknisk udfordring."

MERE FRA FORBESFusion er ved at blive en must-have-investering, siger DOE-officielleBy Jeff McMahon