42 Milyon Dolarlık Yatırım! ABD Enerji Bakanlığı 3 Büyük Lazer Füzyon Araştırma Merkezi Kuruyor

Perşembe günü yerel saatle ABD Enerji Bakanlığı, temel eylemsiz füzyon enerjisi (IFE) bilimi ve teknolojisini ilerletmek ve gelecekteki enerji santrallerinde lazerle çalışan minyatür termonükleer patlamalardan yararlanmak umuduyla üç araştırma merkezi kurduğunu duyurdu.
Kaliforniya'daki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'nda (LLNL), Colorado Eyalet Üniversitesi'nde ve New York Eyaleti'ndeki Rochester Üniversitesi'nde bulunan üç merkez, dört yıl içinde toplam 42 milyon doları paylaşacak. Bunun 16 milyon doları Livermore ve Colorado Eyaleti için, 10 milyon doları da Rochester Üniversitesi için; bu, DOE'nin füzyon enerjisi bilimi bütçesinin küçük bir kısmıdır ve bu yıl yarım milyar dolardan fazladır.
DOE'nin baş füzyon koordinatörü Scott Hsu, üç merkezde gelecekteki araştırmaların "herhangi bir eylemsiz füzyon sistemi için gereken temel teknolojilere daha fazla odaklanacağını" söyledi.
Enerji, genellikle hidrojen olmak üzere iki küçük atomun daha büyük bir atom halinde birleştirilmesiyle üretilir. "Füzyon" olarak bilinen bu süreç, güneş ve diğer yıldızların enerji kaynağıdır. Eğer kontrollü nükleer füzyon Dünya'da yeniden üretilebilseydi, Dünya'yı ısıtan karbondioksit veya uzun ömürlü radyoaktif atık üretmeden bol miktarda enerji üretilebilirdi.
Bugüne kadar füzyon enerjisi araştırmalarının çoğu ve Enerji Bakanlığı'nın füzyon bilimi bütçesinin çoğu, çekirdekler çarpışıp birleşene kadar aşırı ısınmış hidrojeni tutmak için güçlü manyetik alanlar kullanan reaktörlere odaklandı. Ancak geçen yıl Livermore'un Ulusal Ateşleme Tesisi'nde (NIF) gerçekleştirilen başarılı bir deney, farklı bir yaklaşımı vurguladı: tek tek hidrojen parçacıklarına güçlü lazerler ateşleyerek onların atomlarını bir araya sıkıştırıp bir füzyon parlaması yarattı.
LLNL bugüne kadar NIF'de dört kez füzyon ateşlemesini başardı. En sonuncusu, ateşleme hedefine 2,2 megajoule (MJ) enerji ateşlenerek 3,4 MJ füzyon enerjisi üretilerek elde edildi. NIF, füzyon enerjisi üretimi için bir prototip olarak tasarlanmamıştır. Nükleer testlerin 1992'de durdurulmasından bu yana, öncelikle ABD nükleer silahlarının korunmasına yardımcı olmak için kullanıldı. Önceki deneylerde, NIF bilim deneyi, hidrojen yakıtlı bir topağa bir lazer darbesi ateşledi. Pratik bir enerji santralinin, her darbede yeni bir yakıt peleti eklenerek saniyede 10 kez lazer darbesini tekrar tekrar ateşlemesi gerekir.
Bu lazerler, NIF lazerlerinden daha güçlü, daha güvenilir ve enerji açısından daha verimli olmalıdır. Hidrojen yakıtı hedefleri ucuz ve üretimi kolay olmalıdır. Bir enerji santralinin düzenli olarak milyonlarca pelet tedarikine ihtiyacı olacaktır. Yeni araştırma merkezi bu engellerin aşılmasına yardımcı olacak.
Hükümetin Ataletsel Füzyon Enerji Bilimleri programını yöneten Kramer Akli, DOE'ye çok sayıda başvuru geldiğini ve jüri heyetinin Livermore, Rochester ve Colorado Eyaletini seçtiğini söyledi. Kazanan programların her biri diğer üniversiteler, ulusal laboratuvarlar ve özel şirketlerle işbirliklerini içeriyordu.
Dr. Akli, "Alanınızdaki en parlak beyinleri bir araya getirin, böylece inovasyonu daha da hızlandırabilir ve eylemsiz füzyon enerjisinin bazı zorluklarını çözebilirsiniz."
Rochester Üniversitesi merkezinin ana hedeflerinden biri, doğrudan hidrojen yakıtına ateşlenebilen yeni bir lazer tipini test etmektir. Bu yöntem, Livermore'daki NIF deneyinde kullanılan yöntemden daha fazla enerji verimlidir. Ancak lazerdeki küçük değişiklikler kararsızlıklara neden olursa füzyonu engelleyebilirler.
Lazerin bir dalga boyu aralığı boyunca yayılması durumunda bu kararsızlık kontrol edilebilir. Rochester Üniversitesi'ndeki bilim insanları, doğrudan tahrik adı verilen bu yaklaşım üzerinde yıllardır çalışıyor ve merkezin araştırma fonu, yeni bir yüksek güçlü lazerin bu sorunun üstesinden gelip gelemeyeceğini test etmek için deneyler için kullanılacak. Bu doğrudan sürüş programına giden yolu açar.
Colorado Eyaleti merkezi, farklı eylemsiz füzyon konseptleri için önerilen çeşitli lazerleri inceleyecek ve yakıt hedefleri için farklı tasarımları inceleyecek. Merkezin teklifine öncülük eden elektrik ve bilgisayar mühendisliği profesörü Carmen Menoni, lazer optik kaplamalar için yeni malzemeler üzerinde çalışacağını, böylece bunların sürekli, yüksek enerjili lazer saldırılarına daha iyi dayanabileceğini söyledi.
Livermore Ulusal Laboratuvarı'nda (LLNL) plazma fizikçisi olan Tammy Ma, merkezin odak noktasının NIF tarafından kullanılan dolaylı tahrik yaklaşımının ötesine geçeceğini ve gerçek bir enerji santrali inşa etmek için gereken sorunları çözmeye başlayacağını söyledi. "Mesele sadece bir hedefiniz olması ve onu vurup enerji yaratmanız değil."
İlk araştırma hangi yaklaşımların en umut verici olduğuna ışık tutmaya yardımcı olacaktır. Dr. Tammy Ma'ya göre, "Yatırım bu cevapları gerçekten bulmak için yeterli olmayacak" ama sanırım dört yılın sonunda, Amerika Birleşik Devletleri'nin gerçekten tam bir başarı gösterebileceği umut verici bir yol çizebiliriz. ölçekli pilot tesis."
ABD Enerji Bakanı Jennifer M. Granholm şunları söyledi: "Füzyon enerjisinden yararlanmak, 21. yüzyılın en büyük bilimsel ve teknolojik zorluklarından biridir. Artık füzyon enerjisinin yalnızca bir olasılık değil, aynı zamanda son derece umut verici olduğuna da inanıyoruz. Bu merkezlerdeki bilim insanları, oyunun kurallarını değiştiren ve gezegeni kurtaran bir atılımın ön saflarında yer alın."
Ataletsel Füzyon Enerji Bilimi ve Teknolojisinde Hızlandırılmış Araştırma (IFE-star) programı tarafından finanse edilen projeler, IFE sistem bileşenlerini geliştirmek için ABD Enerji Bakanlığı'nın ulusal laboratuvarları, akademi ve endüstrinin uzmanlık ve yeteneklerini bir araya getirecek. Ataletsel hapsetme füzyonu, yoğun plazmayı sıkıştırmak ve ısıtmak için lazerleri veya diğer teknolojileri kullanan önde gelen bir füzyon yöntemidir. IFE-star programı şunları geliştirecektir: yüksek kazançlı hedef tasarımları; yüksek tekrarlama oranlarına sahip yüksek verimli lazerler; ve yaşamla ilgili füzyon hedefi üretimi, takibi ve katılımı. IFE-star programı, geniş bir uygulama yelpazesinde lazerlerin, lazerlerin ve lazerlerin kullanımı da dahil olmak üzere, IFE sistemini destekleyecek geniş bir teknoloji yelpazesi sağlamak üzere tasarlanmıştır. Finanse edilen projenin önemli bir bileşeni, kapsayıcı ve çeşitlilik içeren bir iş gücünün geliştirilmesi de dahil olmak üzere eylemsiz füzyon ekosisteminin yönetimidir.
Rochester Üniversitesi Lazer Enerjisi Laboratuvarı (LLE), 400 Rochester personeli tarafından yönlendirilmekte olup, uzun süredir enerji, bilim ve teknoloji alanında ön sıralarda yer almaktadır. Daha geçen yıl, LLE tarafından desteklenen Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'ndaki bilim insanları ilk net enerji kazanımı dönüm noktasına ulaştı.
Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'nın Ulusal Ateşleme Tesisi'ndeki atılımın bir sonucu olarak, eylemsizlik sınırlamalı füzyon daha da fazla ilgi ve dikkat topladı. IFE-yıldız projesi, katılan IFE füzyon şirketlerinin beklenen teknoloji yol haritalarındaki ortak bilimsel ve teknolojik boşlukları gidermeyi amaçlıyor. Bilim Ofisi'nin Kilometre Taşı Füzyon Geliştirme Programında, IFE Temel Araştırma İhtiyaçları Çalıştayı raporunda belirtilen öncelikli araştırma fırsatlarını ele alarak. Devam Eden İlerleme. Plazma yanmasını uzun süre sürdürmek için tasarlanan manyetik sınırlandırma füzyonunun aksine, IFE tekrarlayan darbelerin oluşumunu gerektirecektir. Hedeflerden biri, eylemsiz füzyonu düşük kazançlı, tekli deneylerden potansiyel IFE pilot tesisleri için gereken yüksek kazançlı, yüksek tekrarlama oranlarına taşımak için gereken bilim ve teknolojiyi geliştirmektir.
Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı, IFE-star aracılığıyla özel bir program oluşturuyor. Seçilen proje, dünya lideri yetenekler, uzmanlık, teşhis ve tesisler oluşturacak ve bunlardan yararlanacak ve IFE-star ayrıca DOE İleri Araştırma Projeleri Ajansı (ARPA-E) ve Bilim Ofisi tarafından ortaklaşa finanse edilen IFE araştırmalarını önemli ölçüde genişletecek. .