Cinque tecnologie abilitanti di cui avrà bisogno un'industria della fusione

L'energia da fusione ha bisogno di più di una reazione di fusione sostenuta prima che possa aiutare il mondo a produrre sufficiente energia a emissioni zero. Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha identificato un'agenda di ricerca e sviluppo per una suite di tecnologie e processi per consentire la fusione.

Due funzionari del DOE hanno nominato cinque di quelle tecnologie di pressatura in a webinar Giovedì ospitato dalle National Academies of Science, Engineering and Medicine (NASEM). Altri sono coperti in un NASEM 2021 rapporto che sollecita il rapido sviluppo della tecnologia che abilita la fusione:

"Sebbene questo sia spesso rimandato per il futuro, l'obiettivo di un'energia da fusione economica nei prossimi decenni come interesse strategico degli Stati Uniti spinge la necessità di aumentare rapidamente la ricerca e lo sviluppo di materiali abilitanti, componenti e tecnologie nucleari di fusione".

I cinque giovedì evidenziati includono:

1 Materiali a prova di fusione

Il plasma in cui avviene la reazione di fusione può essere più caldo del sole. Un potente campo magnetico o inerzia può confinare il plasma, proteggendolo dalle pareti e dai componenti del reattore, ma i reattori a fusione richiederanno comunque materiali in grado di gestire il calore estremo e il bombardamento da parte dei neutroni liberati quando gli isotopi dell'idrogeno si trasformano in elio.

Per testare potenziali materiali, gli scienziati devono produrre condizioni simili a una reazione di fusione.

"C'è un disperato bisogno di una sorgente di neutroni prototipo di fusione per essere in grado di raccogliere i dati sui materiali, il che può richiedere molti anni di esposizione", ha affermato Scott Hsu, coordinatore principale della fusione del DOE. Mentre quella fonte di neutroni è in fase di sviluppo, ha aggiunto, l'apprendimento automatico e i test sui materiali possono aiutare a restringere il numero di materiali candidati.

C'è anche il potenziale per evitare completamente i materiali utilizzando "progetti di prime pareti e coperte veramente trasformativi, in cui potresti non avere nemmeno alcun materiale solido di fronte al plasma, e questo quasi elude il problema dei materiali", ha detto Hsu. "E dobbiamo mantenere quelle idee sul tavolo."

2 un allevatore di trizio

I progetti di reattori a fusione più comuni utilizzano due isotopi di idrogeno: il deuterio (²H) e Trizio (³H) - come combustibile.

"Se utilizzeremo un ciclo di combustibile deuterio-trizio, dovremo estrarre il calore e generare trizio", ha affermato Richard Hawryluk, consulente tecnico senior presso l'Ufficio della scienza del DOE e presidente del rapporto NASEM 2021 .

"Una sfida particolare è la necessità di chiudere in modo sicuro ed efficiente il ciclo del combustibile", afferma il rapporto, "che per i progetti di fusione deuterio-trizio comporta lo sviluppo di coperte per allevare ed estrarre il trizio, nonché il rifornimento, l'esaurimento, il confinamento, estraendo e separando il trizio in quantità significative.

3 Un sistema di scarico

Parte del calore insondabile prodotto in una reazione di fusione verrà utilizzato per produrre energia, ma prima deve essere gestito e il tuo ventilatore da cucina standard non funzionerà.

"Un programma di ricerca completo richiederà strutture di prova che producano ambienti sempre più simili a una centrale elettrica a fusione per valutare la gestione dello scarico di potenza rilevante per il reattore nell'ambiente dei neutroni di fusione", afferma il rapporto NASEM.

4 laser più efficienti

Il National Ignition Facility (NIF) del DOE ha celebrato un risultato a lungo cercato a dicembre, quando ha innescato una reazione di fusione che ha rilasciato più energia (3.15 megajoule) rispetto ai raggi del laser che l'ha accesa (2.05 megajoule). Ma ci sono voluti 300 megajoule per alimentare il laser.

Alla fine, tali laser saranno alimentati, dopo il loro avvio, dall'elettricità proveniente dal reattore a fusione. Ma laser più efficienti significano reattori più efficienti, lasciando più energia per l'utente o la rete.

5 Ripetizione

Non basta che il laser sia efficiente. Deve anche funzionare meno come un moschetto e più come una mitragliatrice.

"Il meraviglioso risultato al NIF", ha detto Hawryluk, "siamo arrivati ​​a quel punto facendo alcuni scatti all'anno. Devi essere in grado di arrivare al punto in cui stai facendo pochi colpi al secondo, o un colpo al secondo, quindi è anche il tasso di ripetizione che dobbiamo padroneggiare.

Ciò aumenta il tasso di ripetizione per ogni fase del processo, a partire dalla capsula di carburante. Secondo il diario Scienze, "Dovrebbe essere prodotto, riempito, posizionato, fatto esplodere e rimosso un milione di capsule al giorno: un'enorme sfida ingegneristica".

ALTRO DA FORBESLa fusione sta per diventare un investimento irrinunciabile, afferma un funzionario del DOEBy Jeff McMahon