Технология Fusion достигает поворотного момента, который может изменить энергетическую игру
Наше общество сталкивается с серьезной задачей обеспечения устойчивых, безопасных и доступных средств производства энергии, пытаясь сократить выбросы углекислого газа до нуля примерно к 2050 году.
На сегодняшний день разработки в области термоядерной энергетики, которые потенциально отвечает всем этим требованиям, финансируется почти исключительно за счет государственного сектора. Однако кое-что меняется.
Согласно опросу Fusion, частные инвестиции в мировую термоядерную промышленность выросли более чем вдвое — с 2,1 млрд долларов США в 2021 году до 4,7 млрд долларов США в 2022 году. Industry Association.
Итак, чем вызвано это недавнее изменение? Есть много поводов для волнения.
Прежде чем мы приступим к изучению этого вопроса, давайте кратко рассмотрим, что такое термоядерная энергия.
Слияние атомов вместе
Слияние работает так же, как наше Солнце, путем слияния двух атомов тяжелого водорода в условиях сильной жары и давления с высвобождением огромного количества энергии.
Это процесс, противоположный процессу деления, используемому на атомных электростанциях, при котором атомы расщепляются. чтобы высвободить большое количество энергии.
Поддержание ядерного синтеза в масштабе может создать безопасный, чистый, почти неиссякаемый источник энергии.
Наше Солнце поддерживает синтез в своей основе с помощью плазма заряженных частиц при температуре около 15 миллионов градусов по Цельсию. На Земле мы стремимся к сотням миллионов градусов по Цельсию, потому что у нас нет огромной массы Солнца, сжимающей для нас топливо.
Ученые и инженеры разработали несколько конструкций для как мы могли бы достичь этого, но большинство термоядерных реакторов используют сильные магнитные поля, чтобы «запирать» и удерживать горячую плазму.
Как правило, основная проблема, которую необходимо преодолеть на пути к коммерческой термоядерной энергетике, заключается в создании условий, которые может содержать интенсивно горящую плазму, необходимую для создания самоподдерживающейся термоядерной реакции, производящей больше энергии, чем было необходимо для ее запуска.
Объединение государственных и частных
разработок термоядерного синтеза развивается с 1950-х гг. Большая часть этого была обусловлена государственным финансированием фундаментальной науки.
Сейчас все большее число частных термоядерных компаний по всему миру продвигаются вперед к коммерческой термоядерной энергии. Решающее значение для этого имело изменение отношения правительства.
Правительства США и Великобритании развивают партнерские отношения между государственным и частным секторами, чтобы дополнить свои программы стратегических исследований.
Например, Белый дом недавно объявила, что разработает «смелое десятилетнее видение коммерческой термоядерной энергии».
В Соединенном Королевстве правительство инвестировало средства в программу, направленную на подключение термоядерного генератора к национальной электросети.
На самом деле технологии тоже продвинулись
Помимо государственно-частных ресурсов, технологии, которые нам нужны для термоядерных установок, развивались стремительно.
В 2021 году Ученые Массачусетского технологического института и Commonwealth Fusion Systems разработали рекордный магнит, который позволит им создать компактное термоядерное устройство под названием SPARC, «которое значительно меньше, дешевле и быстрее».
В последние годы , несколько термоядерных экспериментов также достигли важнейшей вехи поддержания температуры плазмы на уровне 100 миллионов градусов Цельсия или выше.
К ним относятся эксперимент EAST в Китае, флагманский эксперимент KSTAR в Корее и британская компания Tokamak Energy.
Эти невероятные подвиги демонстрируют беспрецедентную способность к воспроизведению условия, обнаруженные внутри нашего Солнца, и удерживают чрезвычайно горячую плазму в ловушке достаточно долго, чтобы стимулировать термоядерный синтез.
В феврале Объединенный Европейский Тор — самый мощный в мире действующий токамак — объявил о мировом рекордном удержании энергии.
p>
И следующий этап эксперимента по получению энергии синтеза для демонстрации чистого прироста мощности, ИТЭР, строится во Франции и уже завершен примерно на 80 процентов.
Магниты — не единственный путь к синтезу, либо. В ноябре 2021 года Национальная установка зажигания в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии совершила исторический шаг вперед в области термоядерного синтеза с инерционным удержанием.
Сфокусировав почти 200 мощных лазеров, чтобы ограничить и сжать цель размером с ластик карандаша. , они создали небольшую «горячую точку» термоядерного синтеза, генерирующую энергию термоядерного синтеза в течение короткого периода времени.
В Австралии компания под названием HB11 разрабатывает технологию протонно-борного синтеза с помощью комбинации мощных лазеров и магнитных полей. областях.
Слияние и возобновляемые источники энергии могут идти рука об руку
Очень важно, чтобы инвестиции в синтез не осуществлялись за счет других форм возобновляемой энергии и отказа от ископаемого топлива.
Мы можем позволить себе расширять внедрение существующих технологий возобновляемой энергии, таких как солнечная, ветровая и гидронасосная, а также разрабатывать решения следующего поколения для производства электроэнергии.
Эта точная стратегия была недавно намечена. Соединенными Штатами в их Net-Zero Game Chan Инициатива Герса. В этом плане инвестиции ресурсов будут направлены на разработку пути к быстрой декарбонизации параллельно с коммерческим развитием термоядерного синтеза.
История показывает нам, что невероятный научный и инженерный прогресс возможен, когда мы работаем вместе с правильными ресурсы — быстрая разработка вакцин против COVID-19 — лишь один из недавних примеров.
Очевидно, что многие ученые, инженеры, а теперь и правительства и частные инвесторы (и даже модельеры) решили, что термоядерная энергия — это решение стоит преследовать, а не несбыточная мечта. Прямо сейчас это лучший шанс сделать термоядерную энергию жизнеспособной реальностью.
Натан Гарланд, преподаватель прикладной математики и физики, Университет Гриффита, и Мэтью Хоул, старший научный сотрудник, Институт математических наук, Австралийский национальный университет
Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите исходную статью.
