Darstellung eines Fusionsreaktors.gettyFusion Energie braucht mehr als eine anhaltende Fusionsreaktion, bevor sie der Welt helfen kann, ausreichend CO2-neutrale Energie zu produzieren. Das US-Energieministerium hat eine Forschungs- und Entwicklungsagenda für eine Reihe von Technologien und Prozessen zur Ermöglichung der Fusion festgelegt. Zwei DOE-Beamte nannten in einem Webinar fünf dieser dringenden Technologien Donnerstag veranstaltet von den National Academies of Science, Engineering and Medicine (NASEM). Weitere werden in einem 300 NASEM-Bericht behandelt, der auf eine schnelle Entwicklung von Fusionstechnologien drängt:
„Obwohl dies oft auf die Zukunft verschoben wird, treibt das Ziel einer wirtschaftlichen Fusionsenergie innerhalb der nächsten Jahrzehnte als strategisches Interesse der USA die Notwendigkeit voran, die Forschung und Entwicklung von Grundmaterialien, Komponenten, und Kernfusionstechnologien.“
Zu den fünf hervorgehobenen Donnerstagen gehören:
1 Fusionssichere Materialien Das Plasma, in dem die Fusionsreaktion stattfindet, kann heißer sein als die Sonne. Ein starkes Magnetfeld oder Trägheit kann das Plasma einschließen und es von Reaktorwänden und -komponenten abpuffern, aber Fusionsreaktoren erfordern dennoch Materialien, die extremer Hitze und Bombardierung durch Neutronen standhalten können, die freigesetzt werden, wenn Wasserstoffisotope in Helium umgewandelt werden.
Um potenzielle Materialien zu testen, müssen Wissenschaftler Bedingungen erzeugen, die einer Fusionsreaktion ähneln. „Es gibt einen sehr dringenden Bedarf für eine Fusion -prototypische Neutronenquelle, um die Materialdaten sammeln zu können, was viele Jahre dauern kann“, sagte Scott Hsu, leitender Fusionskoordinator des DOE. Während sich diese Neutronenquelle in der Entwicklung befindet, fügte er hinzu, können maschinelles Lernen und Materialtests dazu beitragen, die Anzahl der Kandidatenmaterialien einzugrenzen. Es besteht auch die Möglichkeit, Materialien vollständig zu vermeiden Verwenden von „wirklich transformativen ersten Wand- und Deckendesigns, bei denen möglicherweise nicht einmal festes Material dem Plasma zugewandt ist, und das das Materialproblem fast umgeht“, sagte Hsu. „Und wir müssen diese Ideen auf dem Tisch behalten.“ 2 Ein Tritiumzüchter
Die gebräuchlichsten Fusionsreaktorkonstruktionen verwenden zwei Wasserstoffisotope – Deuterium (2H) und Tritium (3H) – als Treibstoff. „Wenn wir gehen Um einen Deuterium-Tritium-Brennstoffkreislauf zu verwenden, müssen wir die Wärme extrahieren und Tritium züchten“, sagte Richard Hawryluk, Senior Technical Advisor im DOE Office of Science und Vorsitzender des NASEM-Bericht. „Eine besondere Herausforderung ist die Notwendigkeit, den Brennstoffkreislauf sicher und effizient zu schließen, “, heißt es in diesem Bericht, „was für Auslegungen der Deuterium-Tritium-Fusion die Entwicklung von Decken zum Züchten und Extrahieren von Tritium sowie das Betanken, Absaugen, Einschließen, Extrahieren und Trennen von Tritium in erheblichen Mengen beinhaltet.“
3 Ein Auspuffsystem So M Die unergründliche Hitze, die bei einer Fusionsreaktion entsteht, wird zur Stromerzeugung verwendet, aber zuerst muss sie verwaltet werden, und Ihr Standard-Küchenventilator reicht nicht aus.
„Ein vollständiges Forschungsprogramm wird Testeinrichtungen erfordern, die Umgebungen erzeugen, die zunehmend denen eines Fusionskraftwerks ähneln, um die reaktorrelevante Leistungsabgashandhabung in der Fusionsneutronenumgebung zu bewerten“, heißt es im NASEM-Bericht.
4 Effizientere Laser Die National Ignition Facility (NIF) des DOE feierte im Dezember einen lang ersehnten Erfolg, als sie eine Fusionsreaktion auslöste, die mehr Energie freisetzte (3.15 Megajoule) als die Strahlen des Lasers, der sie gezündet hat (2. Megajoule) . Aber es brauchte 300 Megajoule, um den Laser anzutreiben. Letztendlich werden solche Laser nach ihrer Inbetriebnahme mit Strom aus dem Fusionsreaktor betrieben. Aber effizientere Laser bedeuten effizientere Reaktoren, wodurch mehr Energie für den Benutzer oder das Netz übrig bleibt. 5 Wiederholung Es reicht nicht, dass der Laser effizient ist. Es muss auch weniger wie eine Muskete und mehr wie ein Maschinengewehr funktionieren. „Das wunderbare Ergebnis bei NIF“, sagte Hawryluk, „wir haben diesen Punkt dadurch erreicht ein paar Aufnahmen pro Jahr. Du musst in der Lage sein, an den Punkt zu kommen, an dem du ein paar Schüsse pro Sekunde machst, oder einen Schuss pro Sekunde, also ist es auch die Wiederholungsrate, die wir beherrschen müssen.“
Das erhöht die Wiederholungsrate für jeden Schritt im Prozess, beginnend mit der Brennstoffkapsel. Laut der Zeitschrift Science „Eine Million Kapseln pro Tag müssten hergestellt, gefüllt, positioniert, gesprengt und weggeräumt werden – eine enorme technische Herausforderung.“
MEHR VON FORBES Fusion wird bald zu einer unverzichtbaren Investition, sagt DOE-BeamterVon Jeff McMahon 300