Инвестиция от $42 милиона! Министерството на енергетиката на САЩ създава 3 големи изследователски центъра за лазерен синтез

В четвъртък местно време Министерството на енергетиката на САЩ обяви, че създава три изследователски центъра с надеждата да напредне в науката и технологиите за фундаментална инерционна термоядрена енергия (IFE) и да използва миниатюрни лазерно задвижвани термоядрени експлозии в бъдещи електроцентрали.
Трите центъра, разположени в Националната лаборатория на Лорънс Ливърмор (LLNL) в Калифорния, Държавния университет на Колорадо и Университета на Рочестър в щата Ню Йорк, ще си поделят общо 42 милиона долара за четири години. От тях по 16 милиона долара за Ливърмор и щата Колорадо и 10 милиона долара за университета в Рочестър - малка част от бюджета на DOE за наука за термоядрена енергия - който тази година е повече от половин милиард долара.
Скот Хсу, главен координатор на термоядрен синтез на DOE, каза, че бъдещите изследвания в трите центъра ще се „фокусират повече върху основните технологии, необходими за всяка инерционна термоядрен система.
Енергията се произвежда чрез комбиниране на два малки атома, обикновено водород, в по-голям атом. Този процес, известен като "ядрен синтез", е източникът на енергия за слънцето и другите звезди. Ако контролираният ядрен синтез може да бъде възпроизведен на Земята, той ще произведе изобилие от енергия, без да произвежда затоплящ Земята въглероден диоксид или дълготрайни радиоактивни отпадъци.
Към днешна дата повечето изследвания в областта на термоядрената енергия и по-голямата част от бюджета за наука за термоядрения синтез на Министерството на енергетиката са фокусирани върху реактори, които използват мощни магнитни полета, за да задържат прегрятия водород, докато ядрата се сблъскат и комбинират. Но успешен експеримент, проведен миналата година в Националното съоръжение за запалване на Ливърмор (NIF), подчерта различен подход - изстрелване на мощни лазери върху отделни водородни частици, за да се притиснат атомите им заедно и да се получи светкавица на синтез.
LLNL е постигнала запалване чрез термоядрен синтез в NIF четири пъти досега. Последното беше постигнато чрез изстрелване на 2,2 мегаджаула (MJ) енергия към целта за запалване, произвеждайки 3,4 MJ термоядрена енергия. NIF не е проектиран като прототип за генериране на термоядрена енергия. След прекратяването на ядрените опити през 1992 г., той се използва предимно за поддържане на ядрените оръжия на САЩ. В предишни експерименти научният експеримент на NIF изстреля лазерен импулс в пелета, захранвана с водород. Една практична електроцентрала би трябвало да изстрелва лазерния импулс многократно с честота 10 пъти в секунда, като всеки импулс вкарва нова горивна пелета.
Тези лазери трябва да са по-мощни, по-надеждни и по-енергийно ефективни от лазерите на NIF. Мишените с водородно гориво трябва да са евтини и лесни за производство. Една електроцентрала ще се нуждае от постоянни доставки на милиони пелети. Новият изследователски център ще помогне за справяне с тези пречки.
Крамър Акли, който управлява правителствената програма за енергийни науки за инерционния термоядрен синтез, каза, че DOE е получило много заявления и група от съдии е избрала Ливърмор, Рочестър и щата Колорадо. Всяка от печелившите програми включваше сътрудничество с други университети, национални лаборатории и частни компании.
Д-р Акли каза: „Съберете най-ярките умове във вашата област, за да можете допълнително да ускорите иновациите и да разрешите някои от предизвикателствата на инерционната термоядрена енергия.“
Една от основните цели на центъра на университета в Рочестър е да тества нов тип лазер, който може да бъде изстрелян директно върху водородно гориво. Този метод е по-енергийно ефективен от този, използван в експеримента NIF в Ливърмор. Но ако малки вариации в лазера произвеждат нестабилност, те могат да възпрепятстват синтеза.
Тази нестабилност може да се контролира, ако лазерът се разпространява в диапазон от дължини на вълните. Учени от университета в Рочестър работят по този подход, наречен директно задвижване, от години и финансирането на изследванията от центъра ще се използва за експерименти, за да се тества дали нов високомощен лазер може да преодолее този проблем. Това отваря път към програма за директно задвижване.
Центърът на щата Колорадо ще проучи различни лазери, предложени за различни концепции за инерционен синтез и ще проучи различни дизайни за горивни цели. Кармен Менони, професор по електротехника и компютърно инженерство, която ръководи предложението на центъра, каза, че ще изучава нови материали за лазерни оптични покрития, така че да могат по-добре да издържат на продължителни, високоенергийни лазерни атаки.
Тами Ма, физик на плазмата в Ливърморската национална лаборатория (LLNL), каза, че фокусът на центъра ще надхвърли подхода на индиректно задвижване, използван от NIF, и ще започне да се занимава с проблемите, необходими за изграждането на истинска електроцентрала. „Не просто имаш цел и я уцелваш и създаваш енергия.“
Първоначалното изследване трябва да помогне да се хвърли светлина върху това кои подходи са най-обещаващи. „Инвестицията няма да е достатъчна, за да намерим наистина тези отговори“, според д-р Тами Ма, „но мисля, че в края на четири години можем да начертаем обещаващ път за Съединените щати, за да демонстрираме наистина пълна мащабна пилотна инсталация."
Министърът на енергетиката на САЩ Дженифър М. Гранхолм каза: „Използването на термоядрената енергия е едно от най-големите научни и технологични предизвикателства на 21-ви век. Вече сме уверени, че термоядрената енергия е не само възможност, но и изключително обещаваща. Учените в тези центрове ще бъдете в челните редици на пробив, променящ играта и спасяващ планетата."
Проекти, финансирани от Програмата за ускорено изследване на енергийните науки и технологии за инерционен синтез (IFE-star), ще обединят опита и възможностите на националните лаборатории, академичните среди и индустрията на Министерството на енергетиката на САЩ, за да усъвършенстват компонентите на системата IFE. Сливането с инерционно задържане е водещ метод за термоядрен синтез, който използва лазери или други технологии за компресиране и нагряване на плътна плазма. програмата IFE-star ще разработи: целеви дизайни с голямо усилване; високоефективни лазери с висока честота на повторение; и релевантни за живота мишени за синтез, производство, проследяване и ангажиране. програмата IFE-star е предназначена да предостави широка гама от технологии за поддръжка на системата IFE, включително използването на лазери, лазери и лазери в широк спектър от приложения. Основен компонент на финансирания проект е управлението на екосистемата на инерционния синтез, включително развитието на приобщаваща и разнообразна работна сила.
Лабораторията за лазерна енергетика (LLE) на университета в Рочестър, управлявана от своите 400 служители в Рочестър, отдавна е в челните редици на енергетиката, науката и технологиите. Само миналата година учени от Националната лаборатория на Лорънс Ливърмор, подкрепени от LLE, достигнаха първия крайъгълен камък за нетна печалба на енергия.
В резултат на пробива в National Ignition Facility на Lawrence Livermore National Laboratory, термоядреният синтез с инерционно задържане привлече още по-голям интерес и внимание. Проектът IFE-star има за цел да се справи с общи научни и технологични пропуски в очакваните технологични пътни карти на участващите компании за синтез IFE в Програмата за развитие на Milestone Fusion на Office of Science, като се занимава с приоритетните изследователски възможности, очертани в доклада на семинара на IFE за нуждите от основни изследвания. Продължаващ напредък. За разлика от термоядрения синтез с магнитно задържане, който е проектиран да поддържа изгаряне на плазма за дълги периоди от време, IFE ще изисква образуването на повтарящи се импулси. Една от целите е да се развият науката и технологиите, необходими за преместване на инерционния синтез от единични експерименти с ниско усилване към високи нива на усилване и високи честоти на повторение, необходими за потенциални пилотни инсталации IFE.
Министерството на енергетиката на Съединените щати създава специална програма чрез IFE-star. Избраният проект ще изгради и използва водещи в световен мащаб способности, експертиза, диагностика и съоръжения, а IFE-star също така значително ще разшири изследванията на IFE, съвместно финансирани от Агенцията за напреднали изследователски проекти на DOE за енергия (ARPA-E) и Службата на науката .