En investering på 42 millioner dollar! US Department of Energy oppretter 3 store laserfusjonsforskningssentre

Torsdag lokal tid kunngjorde det amerikanske energidepartementet at det oppretter tre forskningssentre i håp om å fremme vitenskap og teknologi for fundamental treghetsfusjonsenergi (IFE) og utnytte miniatyr laserdrevne termonukleære eksplosjoner i fremtidige kraftverk.
De tre sentrene, som ligger ved Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) i California, Colorado State University og University of Rochester i New York State, vil dele totalt 42 millioner dollar over fire år. Av det, $16 millioner hver for Livermore og Colorado State, og $10 millioner for University of Rochester - en liten brøkdel av DOEs budsjett for fusjonsenergivitenskap - som i år er på mer enn en halv milliard dollar.
Scott Hsu, DOEs sjeffusjonskoordinator, sa at fremtidig forskning ved de tre sentrene vil "fokusere mer på de grunnleggende teknologiene som trengs for ethvert treghetsfusjonssystem.
Energi produseres ved å kombinere to små atomer, vanligvis hydrogen, til et større atom. Denne prosessen, kjent som "fusjon", er energikilden for solen og andre stjerner. Hvis kontrollert kjernefysisk fusjon kunne reproduseres på jorden, ville den produsere rikelig med energi uten å produsere jordvarmende karbondioksid eller langlivet radioaktivt avfall.
Til dags dato har mesteparten av fusjonsenergiforskningen, og det meste av energidepartementets fusjonsvitenskapelige budsjett, fokusert på reaktorer som bruker kraftige magnetiske felt for å inneholde overopphetet hydrogen til kjernene kolliderer og kombineres. Men et vellykket eksperiment utført i fjor ved Livermore's National Ignition Facility (NIF) la vekt på en annen tilnærming – å skyte kraftige lasere mot individuelle hydrogenpartikler for å presse atomene deres sammen og produsere et blink av fusjon.
LLNL har oppnådd fusjonstenning ved NIF fire ganger til dags dato. Det siste ble oppnådd ved å skyte 2,2 megajoule (MJ) energi mot tenningsmålet, og produsere 3,4 MJ fusjonsenergi. NIF ble ikke designet som en prototype for generering av fusjonsenergi. Siden opphør av kjernefysiske testing i 1992, har den blitt brukt først og fremst for å hjelpe til med å opprettholde amerikanske atomvåpen. I tidligere eksperimenter avfyrte NIF-vitenskapseksperimentet en laserpuls inn i en hydrogendrevet pellet. Et praktisk kraftverk vil trenge å avfyre ​​laserpulsen gjentatte ganger med en frekvens på 10 ganger per sekund, med hver puls som setter inn en ny drivstoffpellet.
Disse laserne må være kraftigere, mer pålitelige og mer energieffektive enn NIFs lasere. Hydrogendrivstoffmål må være billige og enkle å produsere. Et kraftverk vil trenge en jevn tilførsel av millioner av pellets. Det nye forskningssenteret vil bidra til å ta tak i disse hindringene.
Kramer Akli, som administrerer regjeringens Inertial Fusion Energy Sciences-program, sa at DOE mottok mange søknader, og et panel av dommere valgte Livermore, Rochester og Colorado State. Hvert av vinnerprogrammene inkluderte samarbeid med andre universiteter, nasjonale laboratorier og private selskaper.
Dr. Akli sa: "Samle de flinkeste hodene i ditt felt slik at du kan akselerere innovasjon ytterligere og løse noen av utfordringene med treghetsfusjonsenergi."
Et av hovedmålene til University of Rochester-senteret er å teste en ny type laser som kan skytes direkte på hydrogendrivstoff. Denne metoden er mer energieffektiv enn den som ble brukt i NIF-eksperimentet på Livermore. Men hvis små variasjoner i laseren gir ustabilitet, kan de hindre fusjon.
Denne ustabiliteten kan kontrolleres hvis laseren forplanter seg over en rekke bølgelengder. Forskere ved University of Rochester har jobbet med denne tilnærmingen, kalt direkte kjøring, i årevis, og forskningsmidler fra senteret vil bli brukt til eksperimenter for å teste om en ny høyeffektlaser kan overvinne dette problemet. Dette åpner en rute til et direktekjøringsprogram.
Colorado State-senteret vil studere en rekke lasere foreslått for forskjellige treghetsfusjonskonsepter og undersøke forskjellige design for drivstoffmål. Carmen Menoni, professor i elektro- og datateknikk som ledet senterets forslag, sa at hun vil studere nye materialer for laseroptiske belegg slik at de bedre kan motstå vedvarende høyenergilaserangrep.
Tammy Ma, en plasmafysiker ved Livermore National Laboratory (LLNL), sa at senterets fokus ville gå utover den indirekte drevne tilnærmingen som brukes av NIF og begynne å løse problemene som kreves for å bygge et faktisk kraftverk. "Det er ikke bare at du har et mål og du treffer det og skaper energi."
Den første forskningen skal bidra til å belyse hvilke tilnærminger som er mest lovende. "Investeringen vil ikke være nok til å virkelig finne disse svarene," ifølge Dr. Tammy Ma, "men jeg tror at vi på slutten av fire år kan kartlegge en lovende vei for USA til å virkelig demonstrere en full- skala pilotanlegg."
USAs energiminister Jennifer M. Granholm sa: "Å utnytte fusjonsenergi er en av de største vitenskapelige og teknologiske utfordringene i det 21. århundre. Vi er nå sikre på at fusjonsenergi ikke bare er en mulighet, men ekstremt lovende. Forskerne ved disse sentrene vil være i forkant av et spillendrende og planetreddende gjennombrudd."
Prosjekter finansiert av programmet Accelerated Research in Inertial Fusion Energy Science and Technology (IFE-star) vil samle ekspertisen og evnene til det amerikanske energidepartementets nasjonale laboratorier, akademia og industri for å fremme IFE-systemkomponentene. Inertial confinement fusion er en ledende fusjonsmetode som bruker lasere eller andre teknologier for å komprimere og varme opp tett plasma. IFE-star-programmet vil utvikle: måldesign med høy gevinst; høyeffektive lasere med høye repetisjonsfrekvenser; og livsrelevant fabrikasjon av fusjonsmål, sporing og engasjement. IFE-star-programmet er utviklet for å tilby et bredt spekter av teknologier for å støtte IFE-systemet, inkludert bruk av lasere, lasere og lasere i en lang rekke bruksområder. En hovedkomponent i det finansierte prosjektet er styringen av treghetsfusjonsøkosystemet, inkludert utvikling av en inkluderende og mangfoldig arbeidsstyrke.
University of Rochester's Laboratory for Laser Energetics (LLE), drevet av sine 400 Rochester-ansatte, har lenge vært i forkant av energi, vitenskap og teknologi. Bare i fjor nådde forskere ved Lawrence Livermore National Laboratory, støttet av LLE, den første milepælen for netto energigevinst.
Som et resultat av gjennombruddet ved Lawrence Livermore National Laboratory's National Ignition Facility, har treghets inneslutningsfusjon fått enda større interesse og oppmerksomhet. IFE-star-prosjektet tar sikte på å adressere vanlige vitenskapelige og teknologiske hull i de forventede teknologiveikartene til IFE-fusjonsselskapene som deltar. i Office of Sciences Milestone Fusion Development Program ved å ta opp de prioriterte forskningsmulighetene som er skissert i rapporten IFE Workshop on Basic Research Needs. Fortsatt fremgang. I motsetning til magnetisk inneslutningsfusjon, som er designet for å opprettholde plasmaforbrenning i lange perioder, vil IFE kreve dannelse av repeterende pulser. Et mål er å utvikle vitenskapen og teknologien som trengs for å flytte treghetsfusjon fra lavforsterkede, enkelteksperimenter til de høyforsterkede, høye repetisjonsratene som trengs for potensielle IFE-pilotanlegg.
United States Department of Energy etablerer et dedikert program gjennom IFE-star. Det valgte prosjektet vil bygge og utnytte verdensledende kapasiteter, ekspertise, diagnostikk og fasiliteter, og IFE-star vil også utvide IFE-forskningen betydelig finansiert av DOE Advanced Research Projects Agency for Energy (ARPA-E) og Office of Science .