Investicija od 42 miliona 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 nauku i tehnologiju fundamentalne energije inercijalne fuzije (IFE) i koristiti minijaturne laserske termonuklearne eksplozije u budućim elektranama.
Tri centra, smještena u Nacionalnoj laboratoriji Lawrence Livermore (LLNL) u Kaliforniji, Univerzitetu Colorado State i Univerzitetu Rochester u državi New York, podijelit će ukupno 42 miliona dolara tokom četiri godine. Od toga, po 16 miliona dolara za Livermor i državu Kolorado, i 10 miliona za Univerzitet u Ročesteru - mali deo budžeta za nauku o fuzionoj energiji DOE - koji ove godine iznosi više od pola milijarde dolara.
Scott Hsu, glavni koordinator za fuziju u DOE, rekao je da će se buduća istraživanja u tri centra "više fokusirati na fundamentalne tehnologije potrebne za bilo koji inercijski sistem fuzije.
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. Kada bi se kontrolirana nuklearna fuzija mogla reproducirati na Zemlji, proizvela bi obilje energije bez proizvodnje ugljičnog dioksida koji zagrijava Zemlju ili dugovječnog radioaktivnog otpada.
Do danas, većina istraživanja fuzijske energije, kao i većina budžeta za fuzijsku nauku Ministarstva energetike, bili su fokusirani na reaktore koji koriste moćna magnetna polja da sadrže pregrijani vodonik sve dok se jezgra ne sudare i spajaju. Ali uspješan eksperiment proveden prošle godine u Livermore's National Ignition Facility (NIF) naglasio je drugačiji pristup - ispaljivanje snažnih lasera na pojedinačne čestice vodika kako bi se njihovi atomi stisnuli i proizveli bljesak fuzije.
LLNL je postigao fuziono paljenje u NIF-u četiri puta do danas. Najnovije je postignuto ispaljivanjem 2,2 megadžula (MJ) energije na cilj paljenja, proizvodeći 3,4 MJ fuzijske energije. NIF nije dizajniran kao prototip za proizvodnju fuzijske energije. Od prestanka nuklearnog testiranja 1992. godine, prvenstveno se koristio za održavanje američkog nuklearnog oružja. U prethodnim eksperimentima, naučni eksperiment NIF-a ispalio je laserski impuls u kuglicu na vodik. Praktična elektrana bi morala više puta ispaliti laserski impuls frekvencijom od 10 puta u sekundi, pri čemu bi svaki impuls ubacivao novu kuglicu goriva.
Ovi laseri moraju biti snažniji, pouzdaniji i energetski efikasniji od NIF lasera. Ciljevi za vodikovo gorivo moraju biti jeftini i laki za proizvodnju. Elektranu će trebati stalna opskrba milionima peleta. Novi istraživački centar pomoći će u rješavanju ovih prepreka.
Kramer Akli, koji upravlja vladinim programom nauke o inercijskoj fuziji energije, rekao je da je DOE primio mnogo prijava, a žiri je odabrao Livermore, Rochester i Colorado State. Svaki od pobjedničkih programa uključivao je saradnju sa drugim univerzitetima, nacionalnim laboratorijama i privatnim kompanijama.
Dr Akli je rekao: "Okupite najsjajnije umove u svom polju kako biste dodatno ubrzali inovacije i riješili neke od izazova energije inercije fuzije."
Jedan od glavnih ciljeva centra Univerziteta u Rochesteru je testiranje novog tipa lasera koji se može ispaliti direktno na vodonično gorivo. Ova metoda je energetski efikasnija od one korištene u NIF eksperimentu u Livermoreu. Ali ako male varijacije u laseru proizvode nestabilnosti, one mogu ometati fuziju.
Ova nestabilnost se može kontrolisati ako se laser širi nizom talasnih dužina. Naučnici sa Univerziteta u Rochesteru godinama rade na ovom pristupu, nazvanom direktni pogon, a sredstva istraživanja iz centra će se koristiti za eksperimente kako bi se testiralo može li novi laser velike snage prevladati ovaj problem. Ovo otvara put do programa direktnog pogona.
Državni centar u Koloradu će proučavati različite lasere predložene za različite koncepte inercijalne fuzije i ispitati različite dizajne ciljeva goriva. Carmen Menoni, profesorica elektrotehnike i računarstva 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 Livermore National Laboratory (LLNL), rekla je da će fokus centra ići dalje od pristupa indirektnog pogona koji koristi NIF i početi rješavati probleme potrebne za izgradnju stvarne elektrane. "Ne radi se samo o tome da imate metu i da je pogodite i stvorite energiju."
Inicijalno istraživanje bi trebalo da pomogne da se rasvetli koji pristupi najviše obećavaju. „Investicija neće biti dovoljna da se zaista pronađu ti odgovori“, kaže dr. Tammy Ma, „ali mislim da ćemo na kraju četiri godine moći iscrtati obećavajući put za Sjedinjene Države da zaista pokažu punu- probno postrojenje."
Američka sekretarka za energetiku Jennifer M. Granholm rekla je: "Iskorištavanje fuzijske energije jedan je od najvećih naučnih i tehnoloških izazova 21. stoljeća. Sada smo uvjereni da energija fuzije nije samo mogućnost, već i izuzetno obećavajuća. Naučnici u ovim centrima će biti na čelu proboja koji mijenja igru ​​i spašava planetu."
Projekti finansirani od strane programa Ubrzano istraživanje inercijalne fuzijske energije i tehnologije (IFE-star) će spojiti stručnost i sposobnosti nacionalnih laboratorija, akademske zajednice i industrije američkog Ministarstva energetike za unapređenje komponenti IFE sistema. Inercijalna zatvorena fuzija je vodeća metoda fuzije koja koristi lasere ili druge tehnologije za kompresiju i zagrijavanje guste plazme. program IFE-star će razviti: dizajne cilja sa visokim dobitkom; visokoefikasni laseri sa visokim stopama ponavljanja; i izrada, praćenje i angažovanje fuzionih ciljeva relevantnih za život. program IFE-star je dizajniran da obezbedi širok spektar tehnologija za podršku IFE sistemu, uključujući upotrebu lasera, lasera i lasera u širokom spektru aplikacija. Glavna komponenta finansiranog projekta je upravljanje ekosistemom inercijalne fuzije, uključujući razvoj inkluzivne i raznolike radne snage.
Laboratorija za lasersku energiju Univerziteta u Rochesteru (LLE), koju vodi svojih 400 članova osoblja u Rochesteru, dugo je bila na čelu energetike, nauke i tehnologije. Samo prošle godine, naučnici iz Nacionalne laboratorije Lawrence Livermore, uz podršku LLE-a, postigli su prvu prekretnicu neto dobitka energije.
Kao rezultat proboja u Nacionalnom postrojenju za paljenje Lawrence Livermore National Laboratory, fuzija inercijalnog zatvaranja izazvala je još veći interes i pažnju. Projekat IFE-star ima za cilj da se pozabavi uobičajenim naučnim i tehnološkim prazninama u predviđenim tehnološkim putokazima kompanija koje učestvuju u fuziji IFE u Programu razvoja fuzije prekretnica Ureda za nauku, tako što će se baviti prioritetnim istraživačkim mogućnostima navedenim u izvještaju IFE Radionice o osnovnim istraživačkim potrebama. Continued Progress. Za razliku od magnetne zatvorene fuzije, koja je dizajnirana da održi sagorevanje plazme tokom dugog vremenskog perioda, IFE će zahtevati formiranje ponavljajućih impulsa. Jedan cilj je razviti nauku i tehnologiju potrebnu za premještanje inercijalne fuzije od pojedinačnih eksperimenata s malim pojačanjem do visokih stopa ponavljanja potrebnih za potencijalne IFE pilot postrojenja.
Ministarstvo energetike Sjedinjenih Država uspostavlja namjenski program kroz IFE-star. Odabrani projekat će izgraditi i iskoristiti vodeće svjetske sposobnosti, stručnost, dijagnostiku i objekte, a IFE-star će također značajno proširiti IFE istraživanja koja zajednički finansiraju Agencija za napredne istraživačke projekte DOE za energiju (ARPA-E) i Ured za nauku .