Una inversió de 42 milions de dòlars! El Departament d'Energia dels EUA crea 3 grans centres de recerca de fusió làser

Dijous, hora local, el Departament d'Energia dels Estats Units va anunciar que està creant tres centres d'investigació amb l'esperança d'avançar en la ciència i la tecnologia fonamentals de l'energia de fusió inercial (IFE) i utilitzar explosions termonuclears en miniatura impulsades per làser en futures centrals elèctriques.
Els tres centres, situats al Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) a Califòrnia, a la Universitat Estatal de Colorado i a la Universitat de Rochester a l'estat de Nova York, compartiran un total de 42 milions de dòlars durant quatre anys. D'això, 16 milions de dòlars cadascun per a Livermore i Colorado State, i 10 milions de dòlars per a la Universitat de Rochester, una petita fracció del pressupost de ciències de l'energia de fusió del DOE, que aquest any és de més de mig milió de dòlars.
Scott Hsu, el coordinador en cap de fusió del DOE, va dir que la investigació futura als tres centres "se centrarà més en les tecnologies fonamentals necessàries per a qualsevol sistema de fusió inercial.
L'energia es produeix combinant dos àtoms petits, normalment hidrogen, en un àtom més gran. Aquest procés, conegut com a "fusió", és la font d'energia per al sol i altres estrelles. Si la fusió nuclear controlada es pogués reproduir a la Terra, produiria energia abundant sense produir diòxid de carboni que escalfa la Terra ni residus radioactius de llarga vida.
Fins ara, la major part de la investigació sobre l'energia de fusió, i la major part del pressupost de ciència de fusió del Departament d'Energia, s'ha centrat en reactors que utilitzen camps magnètics potents per contenir hidrogen sobreescalfat fins que els nuclis xoquen i es combinen. Però un experiment amb èxit realitzat l'any passat a la National Ignition Facility (NIF) de Livermore va posar èmfasi en un enfocament diferent: disparar làsers potents a partícules d'hidrogen individuals per comprimir els seus àtoms i produir un flaix de fusió.
LLNL ha aconseguit l'encesa per fusió a NIF quatre vegades fins ara. L'últim es va aconseguir disparant 2,2 megajoules (MJ) d'energia a l'objectiu d'encesa, produint 3,4 MJ d'energia de fusió. El NIF no es va dissenyar com un prototip per a la generació d'energia de fusió. Des del cessament de les proves nuclears el 1992, s'ha utilitzat principalment per ajudar a mantenir les armes nuclears dels EUA. En experiments anteriors, l'experiment científic NIF va disparar un pols làser en un pellet alimentat amb hidrogen. Una central elèctrica pràctica hauria de disparar el pols làser repetidament a una freqüència de 10 vegades per segon, amb cada pols inserint una nova pastilla de combustible.
Aquests làsers han de ser més potents, més fiables i més eficients energèticament que els làsers de NIF. Els objectius de combustible d'hidrogen han de ser barats i fàcils de fabricar. Una central elèctrica necessitarà un subministrament constant de milions de pellets. El nou centre de recerca ajudarà a resoldre aquests obstacles.
Kramer Akli, que gestiona el programa de Ciències de l'Energia de Fusió Inercial del govern, va dir que el DOE va rebre moltes sol·licituds i que un tribunal de jutges va triar Livermore, Rochester i Colorado State. Cadascun dels programes guanyadors va incloure col·laboracions amb altres universitats, laboratoris nacionals i empreses privades.
El doctor Akli va dir: "Reuneix les ments més brillants del teu camp perquè puguis accelerar encara més la innovació i resoldre alguns dels reptes de l'energia de fusió inercial".
Un dels principals objectius del centre de la Universitat de Rochester és provar un nou tipus de làser que es pugui disparar directament sobre el combustible d'hidrogen. Aquest mètode és més eficient energèticament que el utilitzat a l'experiment NIF a Livermore. Però si petites variacions en el làser produeixen inestabilitats, poden dificultar la fusió.
Aquesta inestabilitat es pot controlar si el làser es propaga en un rang de longituds d'ona. Els científics de la Universitat de Rochester porten anys treballant en aquest enfocament, anomenat impuls directe, i el finançament de la investigació del centre s'utilitzarà per a experiments per provar si un nou làser d'alta potència pot superar aquest problema. Això obre una ruta cap a un programa d'accionament directe.
El centre estatal de Colorado estudiarà una varietat de làsers proposats per a diferents conceptes de fusió inercial i examinarà diferents dissenys per a objectius de combustible. Carmen Menoni, professora d'enginyeria elèctrica i informàtica que va liderar la proposta del centre, va dir que estudiarà nous materials per a recobriments òptics làser perquè puguin suportar millor els atacs làser sostinguts i d'alta energia.
Tammy Ma, física de plasma del Laboratori Nacional de Livermore (LLNL), va dir que l'enfocament del centre aniria més enllà de l'enfocament d'accionament indirecte utilitzat pel NIF i començaria a abordar els problemes necessaris per construir una central elèctrica real. "No és només que tinguis un objectiu i l'encerques i creïs energia".
La investigació inicial hauria d'ajudar a aclarir quins enfocaments són més prometedors. "La inversió no serà suficient per trobar realment aquestes respostes", segons la doctora Tammy Ma, "però crec que al final de quatre anys, podem traçar un camí prometedor perquè els Estats Units demostrin realment un planta pilot a escala".
La secretària d'Energia dels Estats Units, Jennifer M. Granholm, va dir: "Aprofitar l'energia de fusió és un dels majors reptes científics i tecnològics del segle XXI. Ara estem segurs que l'energia de fusió no només és una possibilitat, sinó que és molt prometedora. Els científics d'aquests centres ho faran. estar al capdavant d'un avenç que canvia el joc i salva el planeta".
Els projectes finançats pel programa Accelerated Research in Inertial Fusion Energy Science and Technology (IFE-star) reuniran l'experiència i les capacitats dels laboratoris nacionals, l'acadèmia i la indústria del Departament d'Energia dels EUA per avançar en els components del sistema IFE. La fusió de confinament inercial és un mètode de fusió líder que utilitza làsers o altres tecnologies per comprimir i escalfar plasma dens. el programa IFE-star desenvoluparà: dissenys d'objectius d'alt guany; làsers d'alta eficiència amb altes taxes de repetició; i la fabricació, el seguiment i el compromís d'objectius de fusió rellevants per a la vida. el programa IFE-star està dissenyat per oferir una àmplia gamma de tecnologies per donar suport al sistema IFE, inclòs l'ús de làsers, làsers i làsers en una àmplia gamma d'aplicacions. Un component important del projecte finançat és la gestió de l'ecosistema de fusió inercial, inclòs el desenvolupament d'una mà d'obra inclusiva i diversa.
El Laboratori d'energia làser (LLE) de la Universitat de Rochester, impulsat pels seus 400 membres del personal de Rochester, ha estat durant molt de temps a l'avantguarda de l'energia, la ciència i la tecnologia. Tot just l'any passat, els científics del Lawrence Livermore National Laboratory, amb el suport de LLE, van assolir la primera fita de guany d'energia neta.
Com a resultat de l'avenç a la National Ignition Facility del Lawrence Livermore National Laboratory, la fusió de confinament inercial ha despertat encara més interès i atenció. El projecte IFE-star té com a objectiu abordar els buits científics i tecnològics comuns en els fulls de ruta tecnològics previstos de les empreses de fusió IFE participants. al Programa de Desenvolupament de Fusió de Fita de l'Oficina de Ciència abordant les oportunitats de recerca prioritzades que es descriuen a l'informe de l'IFE Workshop on Basic Research Needs. Progrés continuat. A diferència de la fusió de confinament magnètic, que està dissenyada per mantenir la crema de plasma durant llargs períodes de temps, IFE requerirà la formació de polsos repetitius. Un dels objectius és desenvolupar la ciència i la tecnologia necessàries per traslladar la fusió inercial des d'experiments únics de baix guany fins a les taxes de repetició alta i d'alt guany necessàries per a potencials plantes pilot IFE.
El Departament d'Energia dels Estats Units està establint un programa dedicat a través d'IFE-star. El projecte seleccionat construirà i aprofitarà capacitats, experiència, diagnòstic i instal·lacions líders a nivell mundial, i IFE-star també ampliarà significativament la investigació IFE finançada conjuntament per l'Agència de Projectes de Recerca Avançada per a l'Energia del DOE (ARPA-E) i l'Oficina de Ciència. .