O investiție de 42 de milioane de dolari! Departamentul de Energie al SUA creează 3 centre majore de cercetare a fuziunii laser

Joi, ora locală, Departamentul de Energie al SUA a anunțat că va crea trei centre de cercetare în speranța de a promova știința și tehnologia energiei fundamentale de fuziune inerțială (IFE) și de a utiliza explozii termonucleare în miniatură conduse de laser în viitoarele centrale electrice.
Cele trei centre, situate la Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) din California, la Universitatea de Stat din Colorado și la Universitatea Rochester din statul New York, vor împărți un total de 42 de milioane de dolari pe parcursul a patru ani. Din acestea, 16 milioane de dolari fiecare pentru Livermore și Colorado State și 10 milioane de dolari pentru Universitatea din Rochester - o mică parte din bugetul DOE pentru știința energiei de fuziune - care anul acesta este de peste jumătate de miliard de dolari.
Scott Hsu, coordonatorul șef de fuziune al DOE, a declarat că cercetările viitoare la cele trei centre „se vor concentra mai mult pe tehnologiile fundamentale necesare oricărui sistem de fuziune inerțială.
Energia este produsă prin combinarea a doi atomi mici, de obicei hidrogen, într-un atom mai mare. Acest proces, cunoscut sub numele de „fuziune”, este sursa de energie pentru soare și alte stele. Dacă fuziunea nucleară controlată ar putea fi reprodusă pe Pământ, ar produce energie din belșug fără a produce dioxid de carbon care încălzi Pământul sau deșeuri radioactive cu viață lungă.
Până în prezent, cea mai mare parte a cercetării în domeniul energiei de fuziune și cea mai mare parte din bugetul Departamentului de Energie pentru știința fuziunii s-au concentrat pe reactoare care folosesc câmpuri magnetice puternice pentru a conține hidrogen supraîncălzit până când nucleele se ciocnesc și se combină. Dar un experiment de succes desfășurat anul trecut la Livermore's National Ignition Facility (NIF) a subliniat o abordare diferită - tragerea cu lasere puternice asupra particulelor individuale de hidrogen pentru a-și stoarce atomii împreună și a produce un fulger de fuziune.
LLNL a realizat aprinderea prin fuziune la NIF de patru ori până în prezent. Cel mai recent a fost realizat prin arderea a 2,2 megajouli (MJ) de energie la ținta de aprindere, producând 3,4 MJ de energie de fuziune. NIF nu a fost proiectat ca un prototip pentru generarea de energie de fuziune. De la încetarea testelor nucleare în 1992, acesta a fost folosit în primul rând pentru a ajuta la menținerea armelor nucleare americane. În experimentele anterioare, experimentul științific NIF a declanșat un impuls laser într-o pelită alimentată cu hidrogen. O centrală electrică practică ar trebui să declanșeze pulsul laser în mod repetat la o frecvență de 10 ori pe secundă, fiecare impuls introducând un nou pelet de combustibil.
Aceste lasere trebuie să fie mai puternice, mai fiabile și mai eficiente din punct de vedere energetic decât laserele NIF. Țintele combustibilului cu hidrogen trebuie să fie ieftine și ușor de fabricat. O centrală electrică va avea nevoie de o aprovizionare constantă de milioane de peleți. Noul centru de cercetare va ajuta la abordarea acestor obstacole.
Kramer Akli, care gestionează programul guvernamental de științe energetice prin fuziune inerțială, a declarat că DOE a primit multe cereri, iar un grup de judecători a ales Livermore, Rochester și Colorado State. Fiecare dintre programele câștigătoare a inclus colaborări cu alte universități, laboratoare naționale și companii private.
Dr. Akli a spus: „Reunește cele mai strălucitoare minți din domeniul tău, astfel încât să poți accelera în continuare inovația și să rezolvi unele dintre provocările energiei de fuziune inerțială”.
Unul dintre obiectivele principale ale centrului Universității din Rochester este de a testa un nou tip de laser care poate fi tras direct pe hidrogen. Această metodă este mai eficientă din punct de vedere energetic decât cea folosită în experimentul NIF de la Livermore. Dar dacă micile variații ale laserului produc instabilități, ele pot împiedica fuziunea.
Această instabilitate poate fi controlată dacă laserul se propagă pe o gamă de lungimi de undă. Oamenii de știință de la Universitatea din Rochester lucrează de ani de zile la această abordare, numită acționare directă, iar finanțarea cercetării de la centru va fi folosită pentru experimente pentru a testa dacă un nou laser de mare putere poate depăși această problemă. Acest lucru deschide o rută către un program direct-drive.
Centrul de stat din Colorado va studia o varietate de lasere propuse pentru diferite concepte de fuziune inerțială și va examina diferite modele pentru ținte de combustibil. Carmen Menoni, profesor de inginerie electrică și informatică care a condus propunerea centrului, a spus că va studia noi materiale pentru acoperiri optice cu laser, astfel încât acestea să poată rezista mai bine la atacurile laser susținute, de înaltă energie.
Tammy Ma, un fizician al plasmei la Laboratorul Național Livermore (LLNL), a spus că concentrarea centrului va depăși abordarea indirectă utilizată de NIF și va începe să abordeze problemele necesare pentru a construi o centrală electrică reală. „Nu este doar faptul că ai o țintă și o atingi și creezi energie”.
Cercetarea inițială ar trebui să ajute să arunce o lumină asupra abordărilor cele mai promițătoare. „Investiția nu va fi suficientă pentru a găsi cu adevărat acele răspunsuri”, potrivit dr. Tammy Ma, „dar cred că la sfârșitul a patru ani, putem trasa o cale promițătoare pentru ca Statele Unite să demonstreze cu adevărat un uzină pilot la scară”.
Secretarul SUA pentru Energie, Jennifer M. Granholm, a declarat: „Exploarea energiei de fuziune este una dintre cele mai mari provocări științifice și tehnologice ale secolului 21. Acum suntem încrezători că energia de fuziune nu este doar o posibilitate, ci este extrem de promițătoare. Oamenii de știință de la aceste centre vor fii în fruntea unei descoperiri care schimbă jocul și salvează planeta.”
Proiectele finanțate prin programul Accelerated Research in Inertial Fusion Energy Science and Technology (IFE-star) vor reuni expertiza și capacitățile laboratoarelor naționale, academiei și industriei Departamentului de Energie al SUA pentru a avansa componentele sistemului IFE. Fuziunea inerțială este o metodă de fuziune de vârf care utilizează lasere sau alte tehnologii pentru a comprima și a încălzi plasma densă. programul IFE-star va dezvolta: proiecte de ținte cu câștig ridicat; lasere de înaltă eficiență cu rate ridicate de repetiție; și fabricarea, urmărirea și implicarea țintelor de fuziune relevante pentru viață. programul IFE-star este conceput pentru a oferi o gamă largă de tehnologii pentru a sprijini sistemul IFE, inclusiv utilizarea laserelor, laserelor și laserelor într-o gamă largă de aplicații. O componentă majoră a proiectului finanțat este gestionarea ecosistemului de fuziune inerțială, inclusiv dezvoltarea unei forțe de muncă incluzive și diverse.
Laboratorul de Energetică Laser (LLE) al Universității din Rochester, condus de cei 400 de membri ai personalului din Rochester, a fost mult timp în fruntea energiei, științei și tehnologiei. Chiar anul trecut, oamenii de știință de la Laboratorul Național Lawrence Livermore, sprijiniți de LLE, au atins prima etapă a câștigului net de energie.
Ca urmare a descoperirii de la Instituția Națională de Aprindere a Laboratorului Național Lawrence Livermore, fuziunea prin izolare inerțială a atras un interes și o atenție și mai mare. Proiectul IFE-star își propune să abordeze lacunele științifice și tehnologice comune în foile de parcurs tehnologice anticipate ale companiilor de fuziune IFE participante. în Programul Milestone Fusion Development al Office of Science, abordând oportunitățile de cercetare prioritare prezentate în raportul IFE Workshop on Basic Research Needs. Progres continuu. Spre deosebire de fuziunea cu izolare magnetică, care este concepută pentru a susține arderea plasmei pentru perioade lungi de timp, IFE va necesita formarea de impulsuri repetitive. Unul dintre obiectivele este de a dezvolta știința și tehnologia necesare pentru a muta fuziunea inerțială de la experimente unice cu câștig scăzut la ratele de câștig ridicat și de repetare ridicate necesare pentru potențialele plante-pilot IFE.
Departamentul de Energie al Statelor Unite stabilește un program dedicat prin IFE-star. Proiectul selectat va construi și va valorifica capabilități, expertiză, diagnosticare și facilități de vârf la nivel mondial, iar IFE-star va extinde, de asemenea, în mod semnificativ cercetarea IFE finanțată în comun de Agenția de Proiecte de Cercetare Avansată pentru Energie a DOE (ARPA-E) și Biroul de Știință. .