En investering på 42 miljoner dollar! US Department of Energy skapar 3 stora laserfusionsforskningscenter

På torsdag lokal tid tillkännagav det amerikanska energidepartementet att det skapar tre forskningscentra i hopp om att främja vetenskap och teknologi för grundläggande tröghetsfusionsenergi (IFE) och använda miniatyrlaserdrivna termonukleära explosioner i framtida kraftverk.
De tre centren, belägna vid Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) i Kalifornien, Colorado State University och University of Rochester i New York State, kommer att dela på totalt 42 miljoner dollar under fyra år. Av det, $16 miljoner vardera för Livermore och Colorado State, och $10 miljoner för University of Rochester - en liten del av DOE:s budget för fusionsenergivetenskap - som i år är mer än en halv miljard dollar.
Scott Hsu, DOE:s chefskoordinator för fusion, sa att framtida forskning vid de tre centren kommer att "fokusera mer på den grundläggande teknologin som behövs för alla tröghetsfusionssystem.
Energi produceras genom att kombinera två små atomer, vanligtvis väte, till en större atom. Denna process, känd som "fusion", är energikällan för solen och andra stjärnor. Om kontrollerad kärnfusion kunde reproduceras på jorden skulle den producera rikligt med energi utan att producera jordvärmande koldioxid eller långlivat radioaktivt avfall.
Hittills har den mesta fusionsenergiforskningen, och större delen av Department of Energys budget för fusionsvetenskap, fokuserat på reaktorer som använder kraftfulla magnetfält för att innehålla överhettat väte tills kärnorna kolliderar och kombineras. Men ett framgångsrikt experiment som genomfördes förra året vid Livermores National Ignition Facility (NIF) betonade ett annat tillvägagångssätt - att avfyra kraftfulla lasrar mot enskilda vätepartiklar för att klämma ihop deras atomer och producera en blixt av fusion.
LLNL har uppnått fusionständning vid NIF fyra gånger hittills. Det senaste uppnåddes genom att avfyra 2,2 megajoule (MJ) energi mot antändningsmålet, vilket producerade 3,4 MJ fusionsenergi. NIF var inte utformad som en prototyp för generering av fusionsenergi. Sedan kärnvapenprovningen upphörde 1992 har den använts främst för att hjälpa till att underhålla amerikanska kärnvapen. I tidigare experiment avfyrade NIF-vetenskapsexperimentet en laserpuls i en vätedriven pellet. Ett praktiskt kraftverk skulle behöva avfyra laserpulsen upprepade gånger med en frekvens av 10 gånger per sekund, med varje puls införa en ny bränslepellet.
Dessa lasrar måste vara kraftfullare, mer pålitliga och mer energieffektiva än NIF:s lasrar. Vätgasbränslemål ska vara billiga och lätta att tillverka. Ett kraftverk kommer att behöva en stadig tillgång på miljontals pellets. Det nya forskningscentret kommer att hjälpa till att ta itu med dessa hinder.
Kramer Akli, som leder regeringens program för tröghetsfusionsenergivetenskap, sa att DOE fick många ansökningar och en panel av domare valde Livermore, Rochester och Colorado State. Vart och ett av de vinnande programmen inkluderade samarbeten med andra universitet, nationella laboratorier och privata företag.
Dr. Akli sa, "Samla de smartaste hjärnorna inom ditt område så att du ytterligare kan accelerera innovation och lösa några av utmaningarna med tröghetsfusionsenergi."
Ett av huvudmålen för University of Rochester-centret är att testa en ny typ av laser som kan avfyras direkt på vätgas. Denna metod är mer energieffektiv än den som användes i NIF-experimentet på Livermore. Men om små variationer i lasern ger instabilitet kan de hindra fusion.
Denna instabilitet kan kontrolleras om lasern utbreder sig över ett intervall av våglängder. Forskare vid University of Rochester har arbetat med detta tillvägagångssätt, kallat direktdrift, i flera år, och forskningsfinansiering från centret kommer att användas för experiment för att testa om en ny högeffektlaser kan övervinna detta problem. Detta öppnar en väg till ett direktkörningsprogram.
Colorado State Center kommer att studera en mängd olika lasrar som föreslås för olika tröghetsfusionskoncept och undersöka olika konstruktioner för bränslemål. Carmen Menoni, professor i el- och datorteknik som ledde centrets förslag, sa att hon kommer att studera nya material för laseroptiska beläggningar så att de bättre kan motstå ihållande, högenergilaserangrepp.
Tammy Ma, en plasmafysiker vid Livermore National Laboratory (LLNL), sa att centrets fokus skulle gå utöver den indirekta drivmetoden som används av NIF och börja ta itu med problemen som krävs för att bygga ett verkligt kraftverk. "Det är inte bara det att du har ett mål och du träffar det och skapar energi."
Den inledande forskningen bör bidra till att belysa vilka tillvägagångssätt som är mest lovande. "Investeringen kommer inte att räcka för att verkligen hitta dessa svar", enligt Dr. Tammy Ma, "men jag tror att vi i slutet av fyra år kan kartlägga en lovande väg för USA att verkligen visa en full- pilotanläggning i skala."
USA:s energisekreterare Jennifer M. Granholm sa: "Att utnyttja fusionsenergi är en av 2000-talets största vetenskapliga och tekniska utmaningar. Vi är nu övertygade om att fusionsenergi inte bara är en möjlighet, utan extremt lovande. Forskarna vid dessa centra kommer att vara i framkant av ett spelförändrande och planeträddande genombrott."
Projekt som finansieras av programmet Accelerated Research in Inertial Fusion Energy Science and Technology (IFE-star) kommer att sammanföra expertis och kapacitet hos det amerikanska energidepartementets nationella laboratorier, akademi och industri för att utveckla IFE-systemkomponenterna. Inertial confinement fusion är en ledande fusionsmetod som använder lasrar eller annan teknik för att komprimera och värma tät plasma. IFE-star-programmet kommer att utveckla: måldesigner med hög vinst; högeffektiva lasrar med hög repetitionsfrekvens; och livsrelevant fusionsmåltillverkning, spårning och engagemang. IFE-star-programmet är utformat för att tillhandahålla ett brett utbud av teknologier för att stödja IFE-systemet, inklusive användningen av lasrar, lasrar och lasrar i en mängd olika tillämpningar. En viktig del av det finansierade projektet är hanteringen av ekosystemet för tröghetsfusion, inklusive utvecklingen av en inkluderande och mångsidig arbetsstyrka.
University of Rochester's Laboratory for Laser Energetics (LLE), som drivs av sina 400 Rochester-anställda, har länge legat i framkanten inom energi, vetenskap och teknik. Bara förra året nådde forskare vid Lawrence Livermore National Laboratory, med stöd av LLE, den första milstolpen för nettoenergivinst.
Som ett resultat av genombrottet vid Lawrence Livermore National Laboratorys National Ignition Facility, har tröghetsinneslutningsfusion fått ännu större intresse och uppmärksamhet. IFE-star-projektet syftar till att åtgärda gemensamma vetenskapliga och tekniska luckor i de förväntade tekniska färdplanerna för de IFE-fusionsföretag som deltar. i Office of Sciences Milestone Fusion Development Program genom att ta itu med de prioriterade forskningsmöjligheterna som beskrivs i IFE Workshop on Basic Research Needs-rapporten. Fortsatta framsteg. Till skillnad från magnetisk inneslutningsfusion, som är utformad för att upprätthålla plasmabränning under långa tidsperioder, kommer IFE att kräva bildandet av repetitiva pulser. Ett mål är att utveckla vetenskapen och tekniken som behövs för att flytta tröghetsfusion från enstaka experiment med låg förstärkning till de högförstärkta, höga upprepningshastigheter som behövs för potentiella IFE-pilotanläggningar.
United States Department of Energy etablerar ett dedikerat program genom IFE-star. Det utvalda projektet kommer att bygga och dra nytta av världsledande kapacitet, expertis, diagnostik och faciliteter, och IFE-star kommer också att avsevärt utöka IFE-forskningen gemensamt finansierad av DOE Advanced Research Projects Agency for Energy (ARPA-E) och Office of Science .