42 milijonų dolerių investicija! JAV Energetikos departamentas sukuria 3 pagrindinius lazerių sintezės tyrimų centrus

Ketvirtadienį vietos laiku JAV Energetikos departamentas paskelbė, kad kuria tris tyrimų centrus, tikėdamasis pažangos pagrindinio inercinės sintezės energijos (IFE) mokslo ir technologijų srityje bei panaudoti miniatiūrinius lazeriu valdomus termobranduolinius sprogimus būsimose elektrinėse.
Trys centrai, esantys Lawrence'o Livermore'o nacionalinėje laboratorijoje (LLNL) Kalifornijoje, Kolorado valstijos universitete ir Ročesterio universitete Niujorko valstijoje, per ketverius metus iš viso pasidalins 42 mln. Iš jų po 16 milijonų dolerių Livermorui ir Kolorado valstijai ir 10 milijonų dolerių Ročesterio universitetui – tai nedidelė DOE sintezės energijos mokslo biudžeto dalis – šiemet daugiau nei pusė milijardo dolerių.
Scottas Hsu, DOE vyriausiasis sintezės koordinatorius, sakė, kad būsimi trijuose centruose atliekami tyrimai „daugiau dėmesio skirs pagrindinėms technologijoms, reikalingoms bet kuriai inercinės sintezės sistemai.
Energija gaunama sujungiant du mažus atomus, dažniausiai vandenilį, į didesnį atomą. Šis procesas, žinomas kaip „sintezė“, yra saulės ir kitų žvaigždžių energijos šaltinis. Jei Žemėje pavyktų atkurti kontroliuojamą branduolių sintezę, ji pagamintų daug energijos, nesukeldama Žemę šildančio anglies dioksido ar ilgaamžių radioaktyvių atliekų.
Iki šiol dauguma branduolių sintezės energijos tyrimų ir didžioji Energetikos departamento sintezės mokslo biudžeto dalis buvo sutelkta į reaktorius, kurie naudoja galingus magnetinius laukus perkaitintam vandeniliui laikyti tol, kol branduoliai susiduria ir susijungia. Tačiau sėkmingas eksperimentas, atliktas praėjusiais metais Livermore's National Ignition Facility (NIF), pabrėžė kitokį požiūrį – galingų lazerių šaudymą į atskiras vandenilio daleles, kad suspaustų jų atomus ir sukeltų sintezės blyksnį.
LLNL iki šiol keturis kartus pasiekė sintezės uždegimą NIF. Naujausias rezultatas buvo pasiektas į uždegimo taikinį paleidus 2,2 megadžaulio (MJ) energijos, pagaminant 3,4 MJ sintezės energijos. NIF nebuvo sukurtas kaip sintezės energijos gamybos prototipas. Nuo 1992 m., kai buvo nutraukti branduoliniai bandymai, jis pirmiausia buvo naudojamas JAV branduoliniams ginklams išlaikyti. Ankstesniuose eksperimentuose NIF mokslinis eksperimentas paleido lazerio impulsą į vandeniliu varomą granulę. Praktiškai elektrinei tektų pakartotinai paleisti lazerio impulsą 10 kartų per sekundę, į kiekvieną impulsą įterpiant naują kuro granulę.
Šie lazeriai turi būti galingesni, patikimesni ir efektyvesni nei NIF lazeriai. Vandenilio kuro taikiniai turi būti pigūs ir lengvai pagaminami. Jėgainei reikės nuolatinio milijonų granulių tiekimo. Naujasis tyrimų centras padės išspręsti šias kliūtis.
Krameris Akli, vadovaujantis vyriausybės Inercinės sintezės energijos mokslų programai, sakė, kad DOE gavo daug paraiškų, o teisėjų kolegija pasirinko Livermorą, Ročesterį ir Kolorado valstiją. Kiekviena laimėjusi programa apėmė bendradarbiavimą su kitais universitetais, nacionalinėmis laboratorijomis ir privačiomis įmonėmis.
Dr. Akli sakė: „Suburkite šviesiausius savo srities protus, kad galėtumėte dar labiau paspartinti inovacijas ir išspręsti kai kuriuos inercinės sintezės energijos iššūkius“.
Vienas pagrindinių Ročesterio universiteto centro tikslų – išbandyti naujo tipo lazerį, kuris gali būti kūrenamas tiesiogiai vandeniliniu kuru. Šis metodas yra efektyvesnis nei tas, kuris buvo naudojamas NIF eksperimente Livermore. Tačiau jei nedideli lazerio svyravimai sukelia nestabilumą, jie gali trukdyti sintezei.
Šis nestabilumas gali būti kontroliuojamas, jei lazeris sklinda įvairiais bangos ilgiais. Ročesterio universiteto mokslininkai daugelį metų taiko šį metodą, vadinamą tiesiogine pavara, o centro finansavimas moksliniams tyrimams bus naudojamas eksperimentams, siekiant patikrinti, ar naujas didelės galios lazeris gali įveikti šią problemą. Tai atveria maršrutą į tiesioginio vairavimo programą.
Kolorado valstijos centras tirs įvairius lazerius, siūlomus skirtingoms inercinės sintezės koncepcijoms, ir išnagrinės skirtingus kuro taikinių dizainus. Centro pasiūlymui vadovavusi elektros ir kompiuterių inžinerijos profesorė Carmen Menoni sakė, kad ji ištirs naujas lazerinių optinių dangų medžiagas, kad jos galėtų geriau atlaikyti ilgalaikius, daug energijos naudojančius lazerio puolimus.
Livermoro nacionalinės laboratorijos (LLNL) plazmos fizikas Tammy Ma teigė, kad centro dėmesys bus ne tik NIF naudojamas netiesioginės pavaros metodas, bet ir pradės spręsti problemas, reikalingas norint pastatyti tikrąją elektrinę. „Tai ne tik tai, kad tu turi tikslą ir pataiki į jį ir sukuri energiją.
Pradinis tyrimas turėtų padėti išsiaiškinti, kurie metodai yra perspektyviausi. „Investicijų nepakaks, kad iš tikrųjų rastume tuos atsakymus“, – sako daktaras Tammy Ma, „tačiau manau, kad po ketverių metų galime nubrėžti daug žadantį kelią, kad Jungtinės Valstijos tikrai pademonstruotų visapusišką... masto bandomoji gamykla“.
JAV energetikos sekretorė Jennifer M. Granholm sakė: "Bendrojo sintezės energijos panaudojimas yra vienas didžiausių XXI amžiaus mokslo ir technologijų iššūkių. Dabar esame įsitikinę, kad sintezės energija yra ne tik galimybė, bet ir labai daug žadanti. Šių centrų mokslininkai būti žaidimą keičiančio ir planetą tausojančio proveržio priešakyje.
Inercinės sintezės energijos mokslo ir technologijų paspartintų tyrimų (IFEstar) programos finansuojami projektai apjungs JAV Energetikos departamento nacionalinių laboratorijų, akademinės bendruomenės ir pramonės patirtį ir pajėgumus, kad būtų galima tobulinti IFE sistemos komponentus. Inercinis suliejimas yra pagrindinis sintezės metodas, kurio metu naudojami lazeriai ar kitos technologijos tankiai plazmai suspausti ir šildyti. IFE-star programa sukurs: didelio pelno tikslinius projektus; didelio efektyvumo lazeriai su dideliu pasikartojimo dažniu; ir gyvybei svarbių sintezės objektų gamyba, sekimas ir įtraukimas. IFE-star programa skirta teikti platų technologijų, skirtų palaikyti IFE sistemą, spektrą, įskaitant lazerių, lazerių ir lazerių naudojimą įvairiose srityse. Pagrindinis finansuojamo projekto komponentas yra inercinės sintezės ekosistemos valdymas, įskaitant įtraukios ir įvairios darbo jėgos kūrimą.
Ročesterio universiteto lazerinės energetikos laboratorija (LLE), kuriai vadovauja 400 Ročesterio darbuotojų, jau seniai pirmauja energetikos, mokslo ir technologijų srityje. Praėjusiais metais Lawrence'o Livermore'o nacionalinės laboratorijos mokslininkai, remiami LLE, pasiekė pirmąjį grynojo energijos padidėjimo etapą.
Dėl Lawrence'o Livermore'o nacionalinės laboratorijos nacionalinės uždegimo įrangos proveržio, inercinė sintezė susilaukė dar didesnio susidomėjimo ir dėmesio. Projektu IFE-star siekiama pašalinti bendras mokslines ir technologines spragas numatomuose dalyvaujančių IFE sintezės įmonių technologijų planuose. Office of Science's Milestone sintezės plėtros programoje, atkreipiant dėmesį į prioritetines mokslinių tyrimų galimybes, nurodytas IFE seminaro apie pagrindinius mokslinių tyrimų poreikius ataskaitoje. Tęsiamas progresas. Skirtingai nuo magnetinio uždarymo suliejimo, kuris yra skirtas palaikyti plazmos deginimą ilgą laiką, IFE reikės pasikartojančių impulsų formavimo. Vienas iš tikslų yra sukurti mokslą ir technologijas, kurių reikia norint perkelti inercinę sintezę nuo mažo stiprinimo pavienių eksperimentų prie didelio stiprumo ir didelio pasikartojimo dažnio, reikalingo potencialiems IFE bandomiesiems įrenginiams.
Jungtinių Valstijų Energetikos departamentas per IFE-star kuria specialią programą. Pasirinktas projektas sukurs ir panaudos pasaulyje pirmaujančias galimybes, kompetenciją, diagnostiką ir įrangą, o IFE-star taip pat žymiai išplės IFE tyrimus, kuriuos bendrai finansuoja DOE Pažangių tyrimų projektų agentūra (ARPA-E) ir Mokslo biuras. .