Na właściwej drodze do energii termojądrowej: Badanie National Academies zaleca pilotażowy program energii syntezy jądrowej, który jest zgodny z podejściem MIT do syntezy jądrowej i projektem SPARC

Nowy raport na temat rozwoju syntezy jądrowej jako źródła energii, napisany na prośbę USA. Sekretarz Energii, proponuje przyjęcie krajowej strategii syntezy jądrowej, która jest ściśle zgodna z kursem wytyczonym w ostatnich latach przez Centrum Nauki i Fuzji Plazmowej MIT (PSFC) oraz finansowany ze środków prywatnych Commonwealth Fusion Systems (CFS), niedawny spin-out MIT.

Technologia termojądrowa od dawna gwarantuje bezpieczeństwo produkcji, obfity, bezemisyjną energię elektryczną, jednocześnie zmagając się z zniechęcającymi wyzwaniami związanymi z tworzeniem i wykorzystaniem reakcji termojądrowych w celu uzyskania zysku netto energii. Ale raport z badania konsensusu z Narodowych Akademii Nauk, Inżynieria, i Medycyna stwierdza, że ​​technologia syntezy magnetycznej (w centrum uwagi MIT od lat 70) jest obecnie „wystarczająco zaawansowany, aby zaproponować ścieżkę demonstracji energii wytwarzanej w syntezie termojądrowej w ciągu najbliższych kilku dekad”.

Zaleca kontynuację polityki USA. udział w międzynarodowym projekcie obiektu termojądrowego ITER oraz „krajowym programie towarzyszących badań i technologii prowadzących do budowy kompaktowej instalacji pilotażowej wytwarzającej energię elektryczną z syntezy jądrowej przy możliwie najniższych kosztach kapitałowych”.

To podejście (co według raportu wymagałoby aż do $200 milionów w dodatkowym rocznym finansowaniu na kilka dziesięcioleci) wykorzystuje możliwości, jakie stwarzają magnesy nadprzewodzące nowej generacji, materiały reaktorowe, symulatory, i inne odpowiednie technologie. Komisja położyła szczególny nacisk na postęp w dziedzinie wysokotemperaturowych magnesów nadprzewodzących, które umożliwiają dostęp do wyższych pól i mniejszych maszyn. W raporcie zaleca się, aby Stany Zjednoczone. program do testowania magnesów o dużym polu magnetycznym i dużej średnicy. Postrzega się je jako umożliwiające szybsze i tańsze cykle uczenia się i rozwoju niż niezwykle duże eksperymenty, takie jak ITER, które nie pojawią się w Internecie do czasu 2025, jednocześnie korzystając z wiedzy wyłaniającej się z tych programów.

To podejście mniejsze, szybsze i tańsze jest zawarte w koncepcji reaktora SPARC, który został opracowany w PSFC i stanowi podstawę agresywnych wysiłków CFS mających na celu zademonstrowanie syntezy termojądrowej w celu uzyskania zysku do połowy lat 2020-tych i opracowanie praktycznych projektów reaktorów do początku lat 30-tych XXI wieku. Podejście to opiera się na podobnym wniosku, że magnesy o wysokim polu magnetycznym i wysokiej temperaturze stanowią technologię zmieniającą zasady gry. A $30 W MIT realizowany jest program o milionie milionów dolarów, realizowany pomiędzy CFS i MIT, mający na celu zademonstrowanie magnesów nadprzewodzących o dużym polu magnetycznym i dużej średnicy, który stanowi kluczowy krok w kierunku kompaktowego systemu energii termojądrowej. Pomimo tego, że kilka innych finansowanych ze środków prywatnych firm zajmujących się syntezą termojądrową zaoferowało mniej więcej porównywalne harmonogramy, raport Akademii Narodowych nie przewiduje pojawienia się demonstracyjnych reaktorów termojądrowych aż do r 2050 ramy czasowe.

W raporcie potwierdzono również, że w ciągu ostatniej dekady wzmocniono naukowe podstawy podejścia opartego na tokamaku, dając coraz większe zaufanie do tego podejścia, który jest podstawą ITER i SPARC, jest w stanie osiągnąć zysk energii netto i stanowić podstawę elektrowni. W oparciu o to zwiększone zaufanie komisja zaleca kontynuację prac nad rozwojem technologii w zakresie pilotażowej elektrowni, która dostarczałaby energię do sieci.

„Akademie Narodowe to bardzo przemyślana organizacja, i zazwyczaj są bardzo konserwatywni,” – mówi Bob Mumgaard, dyrektor naczelny CFS. „Cieszymy się, że wychodzą z wiadomością, że nadszedł czas na przejście na fuzję, a kompaktowy i ekonomiczny to najlepszy wybór. Uważamy, że rozwój powinien następować szybciej, ale daje pewność ludziom, którzy chcą stawić czoła wyzwaniu, i określa, co możemy zrobić w USA. doprowadzi to do oddania energii do sieci.”

Andrzej Holland, dyrektor niedawno utworzonego Stowarzyszenia Przemysłu Fusion i starszy pracownik ds. energii i klimatu w American Security Project, Zauważa, że ​​autorom raportu powierzono zadanie stworzenia „konsensusowego raportu naukowego odzwierciedlającego obecne ścieżki rozwoju”., Obecna droga polega na budowie ITER i przejściu tam procesu eksperymentalnego, w międzyczasie projektując instalację pilotażową, PRÓBNY."

Przesunięcie konsensusu w stronę szybszego rozwoju, dodaje Holandia, będzie wymagało wyników eksperymentów od firm takich jak CFS. „Dlatego godne uwagi jest posiadanie firm finansowanych ze środków prywatnych w USA. i na całym świecie w poszukiwaniu wyników naukowych, które to potwierdzą. Z pewnością ważne jest, aby to badanie miało na celu skłonienie rządowej społeczności naukowej do zastanowienia się nad planem strategicznym. Należy to postrzegać jako punkt wyjścia dla społeczności zajmującej się syntezą jądrową, która zjednoczy się i zorganizuje własny proces.

Lub, jako Martin Greenwald, zastępca dyrektora PSFC i doświadczony badacz syntezy jądrowej, stawia to, „W naszej społeczności istnieje tendencja do spierania się o plan 20-letni lub plan 30-letni, ale nie chcemy spuszczać oczu z tego, co musimy zrobić w ciągu najbliższych trzech do pięciu lat. Być może nie osiągniemy konsensusu na dłuższą skalę, ale potrzebujemy jednego, co mamy teraz zrobić, i to jest konsekwentne przesłanie, odkąd ogłosiliśmy projekt SPARC – angażowanie szerszej społeczności i przejmowanie inicjatywy.

„Kluczową kwestią jest dla nas to, czy synteza termojądrowa będzie miała wpływ na zmiany klimatyczne, potrzebujemy szybkich odpowiedzi, nie możemy czekać do końca stulecia, i to napędza harmonogram. Wpływające prywatne pieniądze pomagają, jednak finansowanie publiczne powinno się z tym angażować i uzupełniać. Każda strona ma odpowiednią rolę. Laboratoria krajowe nie budują elektrowni, a firmy prywatne nie prowadzą badań podstawowych”.

Chociaż w organizacjach publicznych i prywatnych stosuje się kilka podejść do fuzji, raport National Academies skupia się wyłącznie na technologii zamknięcia magnetycznego. Odzwierciedla to rolę raportu w odpowiedzi Departamentu Energii na a 2016 Prośba Kongresu o informacje na temat Stanów Zjednoczonych. udział w ITER, projekt zamknięcia magnetycznego. Komisja raportowa 19 eksperci, który przeprowadził dwa lata badań, ich zadaniem było także badanie powiązanych kwestii, „jak najlepiej rozwijać nauki termojądrowe w USA”. oraz „naukowe uzasadnienie i potrzeba wzmocnienia podstaw realizacji energii termojądrowej, biorąc pod uwagę potencjalny wybór USA. udziału lub nie w projekcie ITER.”

Publikacja raportu następuje w okresie wzmożonej aktywności i zainteresowania energią termojądrową, z odrobiną 20 prywatne firmy dbające o jego rozwój, zwiększenie środków w najnowszym budżecie federalnym, oraz utworzenie Stowarzyszenia Przemysłu Fuzyjnego, którego zadaniem byłoby wspieranie społeczności jako całości. W raporcie ostrzega się jednak, że „brak długoterminowej strategii badawczej dla Stanów Zjednoczonych jest szczególnie widoczny w porównaniu z planami naszych międzynarodowych partnerów”.

Sytuacja ta może ewoluować. „Półtora miesiąca temu w DC odbyliśmy bardzo miłe spotkanie zainteresowanych stron, i wśród firm prywatnych był duży oddźwięk, społeczność naukowa, Departament Energii, oraz pracownicy Kongresu z obu partii,– mówi Greenwald. „Wygląda na to, że jest dynamika, choć nie wiemy jeszcze, jaką formę to przybierze.” Dodaje, że założenie stowarzyszenia branżowego jest bardzo pomocne w nawigacji i komunikacji w Waszyngtonie.

„Chcielibyśmy, aby rząd odegrał rolę w sprawach, które podnoszą poziom rozwoju wszystkich firm zajmujących się syntezą termojądrową, jak zaawansowane laboratoria materiałowe, proces pozyskiwania ciepła z reaktorów, produkcja dodatkowa, symulacje, PL-100,– mówi Mumgaard. „Istnieje wiele możliwości współpracy i współdziałania; każda firma będzie miała inny zestaw partnerstw, nawet w przypadku wymiany personelu, jak to robimy w przypadku MIT”.

Źródło: news.mit.edu, przez Petera Dunna