Απεικόνιση ενός αντιδραστήρα σύντηξης.
Getty
Η ενέργεια σύντηξης χρειάζεται κάτι περισσότερο από μια παρατεταμένη αντίδραση σύντηξης για να μπορέσει να βοηθήσει τον κόσμο να παράγει επαρκή ενέργεια ουδέτερη από άνθρακα. Το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ έχει προσδιορίσει μια ατζέντα έρευνας και ανάπτυξης για μια σειρά τεχνολογιών και διαδικασιών για να καταστεί δυνατή η σύντηξη.
Δύο αξιωματούχοι του DOE κατονόμασαν πέντε από αυτές τις πιεστικές τεχνολογίες σε α webinar Την Πέμπτη φιλοξενείται από τις Εθνικές Ακαδημίες Επιστημών, Μηχανικής και Ιατρικής (NASEM). Περισσότερα καλύπτονται σε ένα NASEM του 2021 αναφέρουν που προτρέπει την ταχεία ανάπτυξη τεχνολογίας που επιτρέπει τη σύντηξη:
«Αν και αυτό συχνά αναβάλλεται για το μέλλον, ο στόχος της οικονομικής ενέργειας σύντηξης μέσα στις επόμενες αρκετές δεκαετίες ως στρατηγικό συμφέρον των ΗΠΑ οδηγεί στην ανάγκη ταχείας αύξησης της έρευνας και ανάπτυξης υλικών, εξαρτημάτων και πυρηνικών τεχνολογιών σύντηξης».
Οι πέντε επισημάνσεις της Πέμπτης περιλαμβάνουν:
1 Υλικά ανθεκτικά στη σύντηξη
Το πλάσμα όπου συμβαίνει η αντίδραση σύντηξης μπορεί να είναι πιο ζεστό από τον ήλιο. Ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο ή αδράνεια μπορεί να περιορίσει το πλάσμα, ρυθμίζοντας το από τα τοιχώματα και τα συστατικά του αντιδραστήρα, αλλά οι αντιδραστήρες σύντηξης θα απαιτούν ωστόσο υλικά που μπορούν να χειριστούν την ακραία θερμότητα και τον βομβαρδισμό από νετρόνια που χαλαρώνουν όταν τα ισότοπα του υδρογόνου μετατρέπονται σε ήλιο.
Για να δοκιμάσουν πιθανά υλικά, οι επιστήμονες πρέπει να δημιουργήσουν συνθήκες παρόμοιες με μια αντίδραση σύντηξης.
«Υπάρχει πολύ μεγάλη ανάγκη για μια πηγή νετρονίων με πρωτότυπη σύντηξη για να μπορεί να συλλέγει τα δεδομένα των υλικών, κάτι που μπορεί να πάρει πολλά χρόνια έκθεσης», δήλωσε ο Scott Hsu, επικεφαλής συντονιστής σύντηξης του DOE. Ενώ αυτή η πηγή νετρονίων βρίσκεται υπό ανάπτυξη, πρόσθεσε, η μηχανική μάθηση και οι δοκιμές υλικών μπορούν να βοηθήσουν στον περιορισμό του αριθμού των υποψηφίων υλικών.
Υπάρχει επίσης η δυνατότητα να αποφύγετε εντελώς τα υλικά χρησιμοποιώντας «πραγματικά μεταμορφωτικά σχέδια πρώτων τοίχων και κουβερτών, όπου μπορεί να μην έχετε καν στερεό υλικό απέναντι στο πλάσμα, και αυτό σχεδόν παρακάμπτει το ζήτημα των υλικών», είπε ο Hsu. «Και πρέπει να κρατήσουμε αυτές τις ιδέες στο τραπέζι».
2 A Tritium Breeder
Τα πιο συνηθισμένα σχέδια αντιδραστήρων σύντηξης χρησιμοποιούν δύο ισότοπα υδρογόνου-δευτέριο (2Η) και τρίτιο (3Η)—ως καύσιμο.
"Εάν πρόκειται να χρησιμοποιήσουμε έναν κύκλο καυσίμου δευτερίου-τριτίου, θα πρέπει να εξαγάγουμε τη θερμότητα και να αναπαράγουμε τρίτιο", δήλωσε ο Richard Hawryluk, ανώτερος τεχνικός σύμβουλος στο DOE Office of Science και πρόεδρος της έκθεσης NASEM 2021. .
«Μια ιδιαίτερη πρόκληση είναι η ανάγκη για ασφαλή και αποτελεσματικό κλείσιμο του κύκλου καυσίμου», αναφέρει η έκθεση, «ο οποίος για τα σχέδια σύντηξης δευτερίου-τριτίου περιλαμβάνει την ανάπτυξη κουβερτών για την αναπαραγωγή και την εξαγωγή τριτίου, καθώς και την τροφοδοσία, την εξάντληση, τον περιορισμό, εξαγωγή και διαχωρισμός τριτίου σε σημαντικές ποσότητες».
3 Ένα σύστημα εξάτμισης
Μέρος της ανεξιχνίαστης θερμότητας που παράγεται σε μια αντίδραση σύντηξης θα χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ενέργειας, αλλά πρώτα πρέπει να το διαχειριστείτε και ο τυπικός ανεμιστήρας της κουζίνας σας δεν θα το κάνει.
«Ένα πλήρες ερευνητικό πρόγραμμα θα απαιτήσει εγκαταστάσεις δοκιμών που παράγουν περιβάλλοντα ολοένα και πιο παρόμοια με ένα εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας σύντηξης για την αξιολόγηση του χειρισμού των καυσαερίων που σχετίζονται με τον αντιδραστήρα στο περιβάλλον νετρονίων σύντηξης», αναφέρει η έκθεση NASEM.
4 πιο αποτελεσματικά λέιζερ
Το National Ignition Facility (NIF) του DOE γιόρτασε ένα επίτευγμα που επιζητήθηκε από καιρό τον Δεκέμβριο, όταν πυροδότησε μια αντίδραση σύντηξης που απελευθέρωσε περισσότερη ενέργεια (3.15 megajoules) από τις ακτίνες από το λέιζερ που το άναψε (2.05 megajoules). Αλλά χρειάστηκαν 300 megajoules για να τροφοδοτήσει το λέιζερ.
Τελικά, τέτοια λέιζερ θα τροφοδοτούνται, μετά την εκκίνηση τους, με ηλεκτρική ενέργεια από τον αντιδραστήρα σύντηξης. Αλλά πιο αποδοτικά λέιζερ σημαίνουν πιο αποδοτικούς αντιδραστήρες, αφήνοντας περισσότερη ισχύ για τον χρήστη ή το δίκτυο.
5 Επανάληψη
Δεν αρκεί το λέιζερ να είναι αποτελεσματικό. Πρέπει επίσης να λειτουργεί λιγότερο σαν μουσκέτο και περισσότερο σαν πολυβόλο.
«Το υπέροχο αποτέλεσμα στο NIF», είπε ο Hawryluk, «φτάσαμε σε αυτό το σημείο κάνοντας μερικές λήψεις το χρόνο. Πρέπει να είστε σε θέση να φτάσετε στο σημείο να κάνετε μερικές βολές ανά δευτερόλεπτο ή μια βολή ανά δευτερόλεπτο, επομένως είναι και ο ρυθμός επανάληψης που πρέπει να κυριαρχήσουμε».
Αυτό αυξάνει τον ρυθμό επανάληψης για κάθε βήμα της διαδικασίας, ξεκινώντας από την κάψουλα καυσίμου. Σύμφωνα με το περιοδικό Επιστήμη, «Ένα εκατομμύριο κάψουλες την ημέρα θα έπρεπε να φτιάχνονται, να γεμίζονται, να τοποθετούνται, να ανατινάζονται και να καθαρίζονται – μια τεράστια πρόκληση μηχανικής».
Πηγή: https://www.forbes.com/sites/jeffmcmahon/2023/02/20/top-5-side-hustles-for-the-fusion-industry/