核融合産業に必要な XNUMX つの実現技術

核融合エネルギーは、世界が十分なカーボン ニュートラル エネルギーを生産するのに役立つ前に、持続的な核融合反応以上のものを必要とします。 米国エネルギー省は、核融合を可能にする一連の技術とプロセスに関する研究開発計画を特定しました。

XNUMX 人の DOE 職員は、これらの差し迫った技術のうちの XNUMX つに名前を付けました。 木曜日は、国立科学工学アカデミー (NASEM) が主催しました。 2021年のNASEMでさらにカバーされています レポート 核融合を可能にする技術の急速な発展を促す：

「これは将来に先延ばしされることが多いが、米国の戦略的利益としての今後数十年以内の経済的な核融合エネルギーの目標は、材料、コンポーネント、および核融合技術を可能にする研究開発を急速に増やす必要性を駆り立てます。」

木曜日に強調された XNUMX つは次のとおりです。

1 防融素材

核融合反応が起こるプラズマは 太陽よりも暑い. 強力な磁場または慣性は、プラズマを原子炉の壁やコンポーネントから緩衝することで閉じ込めることができますが、核融合原子炉では、水素同位体がヘリウムに変換されるときに解き放たれる中性子による極度の熱と衝撃に対処できる材料が必要になります。

潜在的な物質をテストするには、科学者は核融合反応に似た条件を作り出す必要があります。

DOE の主任核融合コーディネーターである Scott Hsu 氏は、次のように述べています。 その中性子源は開発中ですが、機械学習と材料試験は候補材料の数を絞り込むのに役立つと彼は付け加えました。

Hsu氏は、「プラズマに面する固体材料さえも持たず、材料の問題をほとんど回避する、真に変革的な最初の壁とブランケットの設計」を使用することで、材料を完全に回避する可能性もあります. 「そして、私たちはそれらのアイデアをテーブルに置いておく必要があります。」

2 トリチウムブリーダー

最も一般的な核融合炉の設計では、水素の XNUMX つの同位体である重水素 (²H) およびトリチウム (³H) - 燃料として。

「重水素-トリチウム燃料サイクルを使用する場合、熱を抽出してトリチウムを生成する必要があります」と、DOE 科学局の上級技術顧問であり、2021 NASEM レポートの議長である Richard Hawryluk 氏は述べています。 .

「特に課題となるのは、燃料サイクルを安全かつ効率的に閉じる必要があることです」と報告書は述べています。かなりの量のトリチウムを抽出して分離します。」

3 排気システム

核融合反応で生成される計り知れない熱の一部は電力を生成するために使用されますが、最初にそれを管理する必要があり、標準的なキッチンのファンでは対応できません.

「完全な研究プログラムでは、核融合中性子環境における原子炉関連の出力排気処理を評価するために、核融合発電所にますます類似した環境を生み出す試験施設が必要になるでしょう」とNASEMレポートは述べています。

4 より効率的なレーザー

DOE の National Ignition Facility (NIF) は、3.15 月に、それを点火したレーザーからのビーム (2.05 メガジュール) よりも多くのエネルギー (300 メガジュール) を放出する核融合反応を引き起こしたとき、長い間求められていた成果を祝いました。 しかし、レーザーに電力を供給するのに XNUMX メガジュールが必要でした。

最終的に、そのようなレーザーは、起動後、核融合炉からの電力によって駆動されます。 しかし、より効率的なレーザーは、より効率的な原子炉を意味し、ユーザーまたはグリッドにより多くの電力を残します.

5 繰り返し

レーザーが効率的であるだけでは十分ではありません。 また、マスケット銃のようではなく、機関銃のように機能する必要があります。

「NIF での素晴らしい結果」と Hawryluk 氏は言います。 XNUMX 秒あたり数ショット、または XNUMX 秒あたり XNUMX ショットを実行できるようになる必要があるため、反復率もマスターする必要があります。」

これにより、燃料カプセルから始まるプロセスのすべてのステップの繰り返し率が増加します。 雑誌によると 科学、「XNUMX 日に XNUMX 万個のカプセルを製造、充填、配置、爆破、片付けする必要があり、エンジニアリング上の大きな課題でした。」

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