وفقًا لتقدير معدل استهلاك الطاقة الحالي في العالم ، يمكن استخدام طاقة الاندماج النووي على الأرض لأكثر من 10 مليارات سنة ، من حيث المبدأ ، يمكن أن تصبح طاقة الاندماج مصدرًا لا ينضب من الطاقة الكربونية. كان دائما حلم الناس على المدى الطويل.
في معهد ماساتشوسيتس للتكنولوجيا ، يتخمر مشروع بحث جديد بقيمة 30 مليون دولار ، وهو ملتزم بجعل تكنولوجيا الاندماج النووي عالمية.
يهدف المشروع إلى إنشاء أول محطة طاقة انصهار حقيقية في العالم ، حيث ستكون قدرة 200 ميجاواط من محطة الطاقة هذه قابلة للمقارنة مع معظم محطات الطاقة التجارية الحديثة ، ووفقًا للتقارير ، فإن بناء محطات الطاقة الاندماجية سريع ومنخفض المخاطر ويمكن استكماله في غضون 15 عامًا. .
يعتبر الشكل الانصهار النووي مصدر الطاقة النهائي
وعلى عكس ما هو معتاد ، اختارت MIT عقد شراكة مع شركة ناشئة تسمى Commonwealth Fusion Systems (CFS) لبناء مثل هذه المحطة ، وقد تلقت شركة ناشئة في الآونة الأخيرة 50 مليون دولار من شركة الطاقة الإيطالية Eni. الاستثمار: يتمثل الهدف المشترك لـ CFS و MIT في تحقيق التسويق السريع للطاقة الاندماجية وإنشاء صناعات جديدة.
ويتطلع رئيس معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، رافاييل ريف ، إلى هذا التعاون.
TU Master MIT L. Rafael Reif
"هذه لحظة تاريخية: التقدم في تكنولوجيا المغناطيس فائقة التوصيل جعل الإغراءات في متناول اليد ، مما وفر إمكانات جديدة لهذا النوع من الطاقة الآمنة وغير الكربونية. إن المخاطر المناخية التي تواجه البشرية في ازدياد ، وأنا سعيد جدًا لأن معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يمكنه وقال إن الحلفاء الصناعيين يتعاونون من أجل التقدم إلى ثورة الطاقة من أجل مستقبل البشرية.
وقال روبرت مومجارد ، الرئيس التنفيذي لـ CFS: "إن تأثير الطاقة الاندماجية والإمكانيات التجارية لا يمكن التشكيك فيه ، لكن السؤال هو: كيف نحقق طاقة الاندماج؟ إن النهج هو إيجاد التركيبة الصحيحة من العلوم والتكنولوجيا الموجودة. شريك ثم حل المشكلة خطوة بخطوة.
من اليسار إلى اليمين: مارتن جرينوالد ، نائب مدير مركز MIT لعلوم البلازما والانصهار ، دان بروناما ، رئيس قسم التكنولوجيا ، CFS ، زاك هارتفيغ ، أستاذ مساعد ، كلية العلوم والهندسة النووية ، CFS كبير المسؤولين العلميين براندون سولبوهم والمدير التنفيذي للمدير المالي بوب مومجارد ومدير مركز باريس سان جيرمان دنيس وايت
بناء أقوى مغنطيس فائق التوصيل في العالم
كما نعلم ، فإن الاندماج النووي هو العملية التي يتحد بها عدد كبير من النوى الخفيفة (مثل الهيليوم والنيون) لتشكيل نواة أثقل (مثل الهليوم) ، وتستمد الطاقة الهائلة الناتجة عن الشمس من تفاعل الاندماج ، إذا كان يمكن تحقيقها مرة واحدة. سيؤدي الانصهار النووي المتحكم فيه إلى حل مشكلة الطاقة البشرية التي طال أمدها وسيتم حلها بالكامل.
ومع ذلك ، فإن تفاعل الاندماج ينتج طاقة صافية تتطلب ظروفًا قاسية لمئات الملايين من الدرجة المئوية ، ولا يمكن لأي مادة صلبة تحمل درجة الحرارة المرتفعة هذه ، فهدف MIT و CFS هو بناء جهاز دمج مدمج بقوة 100 ميجاوات.
الرقم 丨 فريق CFS
الخطوة الأساسية هي لبناء أقوى الكهربائي فائقة التوصيل في العالم، فائقة التوصيل الكهربائي هو أيضا عنصر هام من عناصر الأجهزة توكاماك الانصهار المدمجة. المواد فائقة التوصيل فائقة التوصيل المغناطيس مغطاة compos - 钡 - أكسيد النحاس مركب (YBCO) قطاع مركب.
إن أكبر ميزة لمواد YBCO هي أنها يمكن أن تقلل إلى حد كبير التكلفة والوقت والتعقيد التنظيمي اللازم لبناء جهاز اندماج الطاقة الصافي ، وبالتالي تزويد الناس بطريقة جديدة للتعرض لطاقة الاندماج.
أستاذ الهندسة MIT ورئيس قسم العلوم النووية والهندسة، وقالت رايت، لأن المغناطيس هي التكنولوجيا الرئيسية لمفاعل الاندماج الجديد، وتطوير المغناطيس لديه قدر كبير من الشك، وبالتالي فإن المشروع هو الأول من 2023 لالكهربائي البحث.
"نحن نؤمن بأن وضع أبحاث المغناطيس في المقام الأول سيعطينا إجابة موثوقة في غضون ثلاث سنوات. كما أنه سيعطينا ثقة كبيرة للمضي قدمًا. دعونا نجيب على الأسئلة الأكثر أهمية: هل يمكننا استخدام قيود المجال المغناطيسي؟ مخطط البلازما يحصل على الطاقة الصافية؟
كما أن تأثير هذا النوع من المغناطيس الفائق التوصيل يستحق أيضاً التوقع ، فالمجال المغنطيسي الذي يولده هذا المغناطيس الفائق التوصيل سيكون 4 أضعاف المجال المغناطيسي لمعدات الاندماج الحالية ، مما سيزيد من قوة جهاز Tokamak بنفس الحجم بأكثر من 10 مرات.
من المتوقع أن تكمل MIT و CFS دراسة المغناطيسات فائقة التوصيل في غضون ثلاث سنوات ، وفي ذلك الوقت ، سوف تستخدم هذه المغناطيسات فائقة التوصيل لتصميم وبناء جهاز تجريبي مدمج الاندماج ، SPARC.
، ومن المتوقع التحام البلازما تسيطر FIG شو SPARC التخطيطي جهاز توكاماك. SPARC إنشاء حقل مغناطيسي قوي باستخدام موصل جيد للكهرباء وارتفاع درجة الحرارة ليصبح صافي انتاج الطاقة من كومة
معالم التكنولوجيا التي تتحدى الانصهار
وبمجرد أن التكنولوجيا المغناطيس كاملة، المهمة التالية للفريق هو تطور بسيط من توكاماك القائمة على.
توكاماك شهدت عقود من البحث والتطوير، SPARC هو تطور توكاماك الذي بدأ البحث MIT على هذا العمل في 1970s، من قبل برونو كيربي (برونو كوبي) ورون باركر (رون باركر) أستاذين قاد جهاز تجريبي الانصهار مغناطيسي قوي درسوا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا التي تم فيها استخدام منذ ذلك الحين، وخلق الكثير من السجلات العلم الانصهار.
في الوقت الحالي ، تبلغ القدرة الحرارية للتصميم لجهاز SPARC التجريبي المدمج 100 ميغاوات ، على الرغم من أن الطاقة الحرارية لا يمكن تحويلها بالكامل إلى طاقة كهربائية ، إلا أنها تكفي لتزويد مدينة صغيرة بالطاقة مع نبض 10 ثانية ، طاقة الإخراج هي تسخين طاقة البلازما المطلوبة. مرتين ، كما أنه يحقق المعلم التقني للانصهار: صافي ناتج الطاقة.
ليس من الصعب إدراك تفاعل الاندماج النووي ، لكن المشكلة الأكبر في مفاعلات الاندماج في الوقت الحالي هي أن طاقة الإدخال أكبر من طاقة الخرج ، مما يعني أنه من أجل تحقيق الاندماج ، فإن الطاقة المستهلكة تفوق الطاقة المنطلقة من تفاعل الاندماج ، وهذه خسارة. العملية.
واستناداً إلى SPARC ، سيتمكن العلماء من بناء محطات طاقة نووية كبيرة من النوع الجديد مرتين ، الأمر الذي يمكن أن يحقق صافي ناتج الطاقة في قطاع الأعمال ، ويصبح العرض النهائي لتصميم وبناء مفاعلات الاندماج التجاري.
أما الطبقة الأخرى من المشروع فهي أنها ستصبح دراسة تكميلية لمشروع التعاون الدولي واسع النطاق (ITER).
مشروع المفاعل التجريبي الحراري النووي الدولي (ITER)
ITER هي أكبر منشأة تجريبية للانصهار في العالم ويتم بناؤها حاليًا في جنوب فرنسا ، وإذا سارت على ما يرام ، فمن المتوقع أن تقوم شركة ITER بإنتاج طاقة الاندماج بحلول عام 2035. ووفقًا لـ Hartwig ، فإن طاقة خرج SPARC تبلغ 1/5 من ITER ، الحجم هو 1/65 من ITER.
يحتاج سوق الطاقة إلى نموذج تعاون جديد
على مدى عقود ، وفي ظل دعم الحكومة لأبحاث الاندماج ، اكتسب العلماء الكثير من الخبرة المهنية ، ومن بينها الأبحاث التي أجرتها معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا من عام 1971 إلى عام 2016 ، وهي ألكاتور C-Mod وغيرها من الدراسات التجريبية.
ويستند هذا العمل أيضًا إلى أن MIT اختارت التعاون مع شركة ناشئة جيدة التمويل لإجراء أبحاث ، فقال وايت و Greenwald و Hartwich إنه على الرغم من أن الاندماج قد ساهم بشكل كبير في تحسين البيئة ، يستغرق الأمر وقتًا ، ولكن هذا البحث التعاوني يمكن أن يقلل من وقت دخول تقنية الاندماج إلى السوق.
في الماضي ، كانت الشركات الناشئة في مجال الطاقة تحتاج في كثير من الأحيان إلى تمويل كبير للبحث من أجل إدخال تقنيات جديدة في مجال الطاقة إلى السوق ، وغالبًا ما تتعارض الأشكال التقليدية للاستثمارات المبكرة مع الرأسمال الطويل والكثيف الذي يعرفه مستثمرو الطاقة.
بسبب الشروط الخاصة المطلوبة لإنتاج تفاعلات الاندماج ، يجب على الباحثين إجراء أبحاث على نطاق معين ، ولهذا السبب ، تعد هذه الشراكة الأكاديمية الصناعية شرطًا ضروريًا لضمان التقدم السريع لتقنية الاندماج ، وهذا يختلف عن المهندسين الثلاثة في المرآب. من السهل جدًا إنشاء تطبيق ، قال غرينوالد.
سيتم استخدام معظم الجولة الأولى من الاستثمار التي أجراها CFS لدعم البحث في المغناطيس الفائق التوصيل الجديد لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وبالطبع ، فإن الفريق واثق من أنه يمكنه تطوير المغناطيسات التي تلبي الاحتياجات بنجاح.
"هذا لا يعني أن هذه مهمة سهلة، 'وأضاف غرينوالد، فإنه يتطلب الكثير من الباحثين إلى القيام بالكثير من العمل. وأشار غرينوالد أيضا إلى أن الفريق حقق المغناطيس المواد فائقة التوصيل لدراسة في المشاريع الأخرى ، فإن المجال الكهرومغناطيسي هو ضعف المطلوب لمفاعلات الاندماج ، وعلى الرغم من أن حجم هذا المغناطيس صغير ، إلا أنه يؤكد جدوى مفهوم المغناطيس الفائق التوصيل.
بالإضافة إلى الاستثمار في CFS، كما أعلنت ايني شراكة مع MITEI، ودعم PSFC فيوجن مشروع بحثي مختبر الابتكار التكنولوجي السنوات القليلة المقبلة، وهذه المشاريع البحثية باستثمارات اجمالية ستصل إلى 2000000 $.
وقال غرينوالد: "استراتيجيتنا هي استخدام مقاربة فيزيائية متحفظة تعتمد على الأبحاث التي تجريها مؤسسات مثل معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. إذا حققت" سبارك "الهدف المنشود ، حقق صافي ناتج الطاقة على نطاق محطة الطاقة الفعلية ، والتي ستكون اندماج كيتي هو لحظة كيتي هوك (لماذا كانت أول رحلة تجريبية لـ كيتي هوك لحظة إلى كيتي هوك في ولاية كارولينا الشمالية في عام 1903.)