Пять эффективных технологий, которые представляют собой индустрию термоядерного синтеза.
Энергия термоядерного синтеза требует большего, чем устойчивая термоядерная реакция, прежде чем она сможет помочь миру производить достаточно углеродно-нейтральной энергии. Министерство энергетики США определило программу исследований и разработок для набора технологий и процессов, обеспечивающих термоядерный синтез. Два чиновника Министерства энергетики назвали пять из этих неотложных технологий на вебинаре, организованном в четверг Национальной академией наук, инженерии и медицины (NASEM). Более подробная информация содержится в отчете NASEM за 2021 год, в котором содержится призыв к быстрому развитию технологий, обеспечивающих термоядерный синтез: «Хотя это часто откладывается на будущее, цель экономичной термоядерной энергии в течение следующих нескольких десятилетий как стратегический интерес США вызывает необходимость быстрого увеличить исследования и разработки вспомогательных материалов, компонентов и термоядерных технологий». Пятерка, выделенная в четверг, включает: 1 Материалы, устойчивые к термоядерному синтезу Плазма, в которой происходит термоядерная реакция, может быть горячее солнца. Мощное магнитное поле или инерция могут удерживать плазму, защищая ее от стенок и компонентов реактора, но, тем не менее, для термоядерных реакторов потребуются материалы, способные выдерживать экстремальные температуры и бомбардировку нейтронами, высвобождающимися при превращении изотопов водорода в гелий. Чтобы протестировать потенциальные материалы, ученым необходимо создать условия, аналогичные реакции синтеза. «Существует острая необходимость в прототипе источника нейтронов для термоядерного синтеза, чтобы иметь возможность собирать данные о материалах, которые могут подвергаться многолетнему воздействию», — сказал Скотт Хсу, ведущий координатор по термоядерному синтезу в Министерстве энергетики. Он добавил, что пока этот источник нейтронов находится в разработке, машинное обучение и тестирование материалов могут помочь сократить количество материалов-кандидатов. Существует также возможность полностью отказаться от материалов, используя «по-настоящему преобразующие конструкции первой стены и покрытия, где у вас может даже не быть твердого материала, обращенного к плазме, и это почти обходит проблему материалов», — сказал Сюй. «И нам действительно нужно держать эти идеи на столе». 2 Размножитель трития В наиболее распространенных конструкциях термоядерных реакторов в качестве топлива используются два изотопа водорода — дейтерий (2H) и тритий (3H). «Если мы собираемся использовать дейтериево-тритиевый топливный цикл, нам придется извлекать тепло и производить тритий», — сказал Ричард Хаврилюк, старший технический советник Управления науки Министерства энергетики США и председатель отчета NASEM за 2021 год. . «Особой проблемой является необходимость безопасного и эффективного замыкания топливного цикла, — говорится в отчете, — который для проектов дейтериево-тритиевого синтеза включает разработку бланкетов для воспроизводства и извлечения трития, а также заправку, истощение, локализацию, извлечение и выделение трития в значительных количествах». 3. Вытяжная система. Некоторая часть непостижимого тепла, образующегося в результате реакции синтеза, будет использована для производства энергии, но сначала ею нужно управлять, и ваш стандартный кухонный вентилятор не подойдет. «Для полной исследовательской программы потребуются испытательные установки, создающие среду, все более похожую на термоядерную электростанцию, для оценки релевантной для реактора обработки выхлопных газов в среде термоядерных нейтронов», — говорится в отчете NASEM. 4. Более эффективные лазеры В декабре Национальная установка по воспламенению Министерства энергетики США (NIF) отпраздновала долгожданное достижение, запустив термоядерную реакцию, которая высвободила больше энергии (3,15 мегаджоуля), чем лучи от лазера, который ее зажег (2,05 мегаджоуля). Но для питания лазера потребовалось 300 мегаджоулей. В конце концов, такие лазеры после запуска будут питаться электричеством от термоядерного реактора. Но более эффективные лазеры означают более эффективные реакторы, оставляя больше энергии пользователю или сети. 5 Повторение Недостаточно, чтобы лазер был эффективным. Он также должен работать не столько как мушкет, сколько как пулемет. «Прекрасный результат в NIF, — сказал Гаврилюк, — мы достигли этого, делая несколько выстрелов в год. Вы должны быть в состоянии добраться до точки, когда вы делаете несколько выстрелов в секунду или выстрел в секунду, так что мы также должны освоить частоту повторения». Это увеличивает частоту повторения каждого шага процесса, начиная с топливной капсулы. Согласно журналу Science, «необходимо производить, наполнять, размещать, взорвать и убирать миллион капсул в день — огромная инженерная задача».
