Investice 42 milionů dolarů! Ministerstvo energetiky USA vytváří 3 hlavní výzkumná centra laserové fúze

Ve čtvrtek místního času americké ministerstvo energetiky oznámilo, že vytváří tři výzkumná centra v naději, že pokročí ve vědě a technologii základní inerciální fúzní energie (IFE) a využije miniaturní laserem řízené termonukleární výbuchy v budoucích elektrárnách.
Tato tři centra, která sídlí v Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) v Kalifornii, Colorado State University a University of Rochester ve státě New York, si během čtyř let rozdělí celkem 42 milionů dolarů. Z toho 16 milionů dolarů pro Livermore a Colorado State a 10 milionů dolarů pro Rochesterskou univerzitu – malý zlomek rozpočtu DOE pro vědu o energii z jaderné syntézy – což je letos více než půl miliardy dolarů.
Scott Hsu, hlavní koordinátor fúze DOE, řekl, že budoucí výzkum ve třech centrech se „zaměří více na základní technologie potřebné pro jakýkoli inerciální fúzní systém.
Energie se vyrábí spojením dvou malých atomů, obvykle vodíku, do většího atomu. Tento proces, známý jako „fúze“, je zdrojem energie pro Slunce a další hvězdy. Pokud by se na Zemi podařilo reprodukovat řízenou jadernou fúzi, produkovala by hojnou energii, aniž by produkovala Zemi ohřívající oxid uhličitý nebo radioaktivní odpad s dlouhou životností.
K dnešnímu dni se většina výzkumu fúzní energie a většina rozpočtu ministerstva energetiky na fúzní vědu soustředila na reaktory, které využívají silná magnetická pole k zadržení přehřátého vodíku, dokud se jádra nesrazí a nespojí. Úspěšný experiment provedený v loňském roce v Livermore's National Ignition Facility (NIF) však zdůraznil jiný přístup – vypalování výkonných laserů na jednotlivé částice vodíku, aby se jejich atomy stlačily dohromady a vytvořily se záblesk fúze.
LLNL dosáhla k dnešnímu dni čtyřikrát zapálení fúze na NIF. Poslední bylo dosaženo vypálením 2,2 megajoulů (MJ) energie na cíl zážehu, čímž se vyrobilo 3,4 MJ fúzní energie. NIF nebyl navržen jako prototyp pro výrobu fúzní energie. Od ukončení jaderných zkoušek v roce 1992 slouží především k údržbě amerických jaderných zbraní. V předchozích experimentech vědecký experiment NIF vypálil laserový puls do pelety poháněné vodíkem. Praktická elektrárna by musela vystřelit laserový puls opakovaně s frekvencí 10krát za sekundu, přičemž každý puls by vložil novou palivovou pelety.
Tyto lasery musí být výkonnější, spolehlivější a energeticky účinnější než lasery NIF. Vodíkové palivové cíle musí být levné a snadno vyrobitelné. Elektrárna bude potřebovat stálý přísun milionů pelet. Nové výzkumné centrum pomůže tyto překážky řešit.
Kramer Akli, který řídí vládní program Inertial Fusion Energy Sciences, uvedl, že DOE obdrželo mnoho žádostí a porota vybrala Livermore, Rochester a Colorado State. Každý z vítězných programů zahrnoval spolupráci s jinými univerzitami, národními laboratořemi a soukromými společnostmi.
Dr. Akli řekl: "Spojte nejbystřejší mozky ve svém oboru, abyste mohli dále urychlit inovace a vyřešit některé problémy inerciální fúzní energie."
Jedním z hlavních cílů centra University of Rochester je otestovat nový typ laseru, který lze odpalovat přímo na vodíkové palivo. Tato metoda je energeticky účinnější než metoda použitá v experimentu NIF v Livermore. Ale pokud malé odchylky v laseru způsobují nestabilitu, mohou bránit fúzi.
Tuto nestabilitu lze kontrolovat, pokud se laser šíří v rozsahu vlnových délek. Vědci z University of Rochester pracují na tomto přístupu, nazývaném přímý pohon, roky a financování výzkumu z centra bude použito na experimenty, které otestují, zda nový vysokovýkonný laser dokáže tento problém překonat. Tím se otevírá cesta k programu přímého pohonu.
Středisko státu Colorado bude studovat různé lasery navržené pro různé koncepty inerciální fúze a zkoumat různé návrhy palivových cílů. Carmen Menoni, profesorka elektrotechniky a počítačového inženýrství, která vedla návrh centra, uvedla, že bude studovat nové materiály pro laserové optické povlaky, aby mohly lépe odolávat trvalým, vysokoenergetickým laserovým útokům.
Tammy Ma, plazmový fyzik z Livermore National Laboratory (LLNL), řekl, že zaměření centra půjde nad rámec přístupu s nepřímým pohonem používaným NIF a začne se zabývat problémy potřebnými k vybudování skutečné elektrárny. "Není to jen o tom, že máte cíl a zasáhnete ho a vytvoříte energii."
Počáteční výzkum by měl pomoci objasnit, které přístupy jsou nejslibnější. „Investice nebudou stačit na to, abychom skutečně našli tyto odpovědi,“ říká Dr. Tammy Ma, „ale myslím, že na konci čtyř let můžeme naplánovat slibnou cestu, aby Spojené státy skutečně ukázaly úplné pilotní zařízení v měřítku."
Americká ministryně energetiky Jennifer M. Granholmová řekla: "Využití energie z jaderné syntézy je jednou z největších vědeckých a technologických výzev 21. století. Nyní jsme přesvědčeni, že energie z jaderné syntézy je nejen možností, ale je extrémně slibná. Vědci v těchto centrech budou být v čele průlomu, který mění hru a zachraňuje planety."
Projekty financované programem Accelerated Research in Inertial Fusion Energy Science and Technology (IFE-star) spojí odborné znalosti a schopnosti národních laboratoří, akademické a průmyslové sféry Ministerstva energetiky USA, aby posouvaly komponenty systému IFE. Fúze v inerciálním zadržení je přední fúzní metoda, která využívá lasery nebo jiné technologie ke kompresi a zahřívání hustého plazmatu. program IFE-star vyvine: návrhy cílů s vysokým ziskem; vysoce účinné lasery s vysokou opakovací frekvencí; a výroba, sledování a zapojení fúzních cílů relevantních pro život. program IFE-star je navržen tak, aby poskytoval širokou škálu technologií na podporu systému IFE, včetně použití laserů, laserů a laserů v široké škále aplikací. Hlavní součástí financovaného projektu je řízení ekosystému inerciální fúze, včetně rozvoje inkluzivní a různorodé pracovní síly.
Laboratoř pro laserovou energetiku (LLE) University of Rochester, řízená svými 400 zaměstnanci v Rochesteru, je již dlouho v popředí energetiky, vědy a technologie. Právě minulý rok dosáhli vědci z Lawrence Livermore National Laboratory, podporovaní LLE, prvního milníku čistého zisku energie.
V důsledku průlomu v National Ignition Facility National Laboratory Lawrence Livermore si inerciální fúze získala ještě větší zájem a pozornost. Projekt IFE-star si klade za cíl řešit společné vědecké a technologické mezery v očekávaných technologických plánech zúčastněných společností zabývajících se fúzí IFE. v Milestone Fusion Development Programme Office of Science řešením prioritních výzkumných příležitostí uvedených ve zprávě IFE Workshop on Basic Research Needs. Pokračující pokrok. Na rozdíl od magnetické fúze, která je navržena tak, aby udržovala hoření plazmatu po dlouhou dobu, bude IFE vyžadovat vytváření opakujících se pulzů. Jedním z cílů je vyvinout vědu a technologii potřebnou k přesunu inerciální fúze od jednoduchých experimentů s nízkým ziskem k vysoce ziskovým a vysokým opakovacím rychlostem potřebným pro potenciální pilotní elektrárny IFE.
Ministerstvo energetiky Spojených států zavádí specializovaný program prostřednictvím IFE-star. Vybraný projekt vybuduje a využije přední světové schopnosti, odbornost, diagnostiku a zařízení a IFE-star také významně rozšíří výzkum IFE společně financovaný agenturou DOE Advanced Research Projects Agency for Energy (ARPA-E) a Úřadem pro vědu. .