Secondo la stima dell'attuale consumo mondiale di energia, l'energia di fusione nucleare sulla terra può essere utilizzata per oltre 10 miliardi di anni.In principio, l'energia di fusione può diventare una fonte di energia senza carbonio inesauribile. È sempre stato il sogno a lungo termine della gente.
Al MIT, un nuovo progetto di ricerca del valore di 30 milioni di dollari USA è in fase di produzione e si impegna a divulgare la tecnologia della fusione nucleare.
Il progetto mira a stabilire la prima centrale elettrica a fusione naturale al mondo: la potenza di 200 MW di questa centrale elettrica sarà paragonabile alla maggior parte delle moderne centrali elettriche commerciali, secondo i rapporti, la costruzione di centrali elettriche a fusione è rapida e a basso rischio e può essere completata entro 15 anni. .
La fusione nucleare di figura è vista come la fonte di energia ultima
Diversamente dal solito, il MIT ha scelto di collaborare con una startup chiamata Commonwealth Fusion Systems (CFS) per costruire una centrale elettrica di questo tipo: recentemente la startup ha ricevuto 50 milioni di dollari statunitensi dalla società energetica italiana Eni. Investimento L'obiettivo comune di CFS e MIT è quello di realizzare rapidamente la commercializzazione dell'energia da fusione e creare nuove industrie.
Il presidente del Massachusetts Institute of Technology, Rafael Reif, non vede l'ora di questa collaborazione.
TU Master MIT L. Rafael Reif
'Questo è un momento storico: il progresso della tecnologia magnete superconduttore per rendere l'energia da fusione a portata di mano, come la sicurezza, l'energia senza emissioni di carbonio offre nuove possibilità per rischi climatici che affliggono l'umanità è in aumento, e sono lieto di essere in grado di MIT. Gli alleati industriali collaborano per avanzare verso la rivoluzione energetica per il futuro dell'umanità ", ha affermato.
'Fusion influenza l'energia e il potenziale commerciale non è in dubbio, ma la domanda è :? Come ottenere energia da fusione' CFS CEO Robert 穆姆加尔德 (Robert Mumgaard) ha detto, 'metodo è attraverso una combinazione di esistenti di natura scientifica e tecnica, per trovare il giusto Partner, poi passo dopo passo per risolvere il problema '.
Figura Shu sinistra a destra: Vice Direttore del MIT Plasma Science e Fusion Center Martin Greenwald, CFS, Chief Technology Officer Dan Bruce Nama, Facoltà di Scienze e Ingegneria Nucleare Assistant Professor Zach Hartwig, CFS direttore scientifico Brandon Saul Bohm, CEO Bob CFS 穆姆加尔德, e PSFC regista Dennis Wright
Per costruire più potenti elettromagneti superconduttori del mondo
energia enorme rilasciata quando, come sappiamo, è una pluralità di fusione nucleare dei nuclei leggeri (come il deuterio e trizio) combinarle in nuclei pesanti (ad esempio elio) processo, tremenda energia è generata dalle reazioni di fusione sole. Una volta può essere raggiunto se fusione nucleare controllata, è stato a lungo afflitto da problemi energetici umani saranno completamente risolti.
Tuttavia, reazioni di fusione producono energia netta richiesto condizioni estreme di centinaia di milioni di gradi Celsius, qualsiasi materiale solido non può resistere a temperature così elevate, mentre il Massachusetts Institute of Technology e CFS di obiettivo è quello di costruire una potenza di fusione compatta di 100 megawatt.
Figura 丨 Squadra CFS
Il passo fondamentale è quello di costruire più potenti elettromagneti superconduttori del mondo, superconduttori elettromagnete è anche un componente importante di dispositivi di fusione tokamak compatti. I materiali superconduttori magnete superconduttore rivestito con un Composite - 钡 striscia composita di ossido di rame (YBCO).
Il più grande vantaggio dei materiali YBCO è che può ridurre notevolmente i costi, i tempi e la complessità organizzativa necessari per costruire un dispositivo di fusione di energia netta, fornendo così alle persone nuovi modi per accedere all'energia di fusione.
MIT professore di ingegneria e Capo del Dipartimento di Scienza Nucleare e Ingegneria, Wright ha detto, perché il magnete è la tecnologia chiave del nuovo reattore a fusione, e lo sviluppo del magnete ha una grande incertezza, per cui il progetto è per la prima di due o tre anni elettromagnete Research.
"Riteniamo che mettere la ricerca sui magneti in primo luogo ci fornirà una risposta affidabile entro tre anni e ci darà anche una grande fiducia per andare avanti. Rispondiamo alle domande più critiche: possiamo usare i vincoli del campo magnetico? Lo schema del plasma ottiene energia netta? ", Ha detto White.
L'effetto di questo tipo di magnete superconduttore è anche molto degno di aspettativa.Il campo magnetico generato da questo magnete superconduttore sarà 4 volte il campo magnetico dell'attuale apparecchio di fusione, che aumenterà la potenza del dispositivo Tokamak della stessa dimensione di oltre 10 volte.
Si prevede che il MIT e la CFS completeranno lo studio dei magneti superconduttori entro tre anni e utilizzeranno questi magneti superconduttori per progettare e costruire un dispositivo sperimentale di fusione compatto, SPARC.
Schema del dispositivo sperimentale tokamak SPARC SPARC utilizza un superconduttore ad alta temperatura per creare un forte campo magnetico, che dovrebbe essere il primo reattore a fusione plasma controllabile con energia netta.
Tappe fondamentali della tecnologia che sfidano la fusione
Una volta completata la tecnologia dei magneti, il compito successivo del team è semplicemente quello di evolvere il dispositivo sperimentale Tokamak esistente.
I dispositivi Tokamak sono stati studiati e perfezionati per decenni: SPARC è un'evoluzione dei dispositivi Tokamak: tra questi, il MIT ha iniziato il suo lavoro di ricerca negli anni '70, da Bruno Coppi e Ron. • Ron Parker ha guidato due professori: il forte dispositivo di fusione del campo magnetico studiato è stato utilizzato al MIT e ha creato molti record nel campo della scienza della fusione.
Attualmente, la potenza termica di progetto del dispositivo SPARC sperimentale a fusione compatta è di 100 megawatt, anche se la potenza termica non può essere completamente convertita in energia elettrica, è sufficiente alimentare una piccola città con un impulso di 10 secondi.L'energia di uscita è il riscaldamento dell'energia necessaria al plasma. Due volte, raggiunge anche la pietra miliare tecnica della fusione: la produzione netta di energia.
Non è difficile realizzare la reazione di fusione nucleare, ma il problema più grande con i reattori a fusione al momento è che l'energia in ingresso è maggiore dell'energia di uscita, il che significa che per ottenere la fusione, l'energia consumata supera l'energia rilasciata dalla reazione di fusione. processo.
Sulla base di SPARC, gli scienziati saranno in grado di costruire due volte più grandi centrali nucleari di nuova generazione in grado di raggiungere la produzione netta di energia negli affari e diventare la dimostrazione definitiva della progettazione e della costruzione di reattori a fusione commerciale.
L'altro livello del progetto è che diventerà uno studio supplementare del progetto di cooperazione internazionale su larga scala ITER.
Progetto Tutor International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER)
ITER è il più grande dispositivo sperimentale a fusione al mondo, attualmente in costruzione nel sud della Francia. In caso di successo, l'uscita a fusione ITER è atteso nel 2035 è possibile, in base alla introduzione Hartwig, potenza di uscita SPARC è ITER 1/5, ma è La dimensione è 1/65 di ITER.
Il mercato dell'energia ha bisogno di un nuovo modello di cooperazione
Per decenni, sotto il sostegno del governo alla ricerca sulla fusione, gli scienziati hanno accumulato molte esperienze professionali, tra cui il lavoro di ricerca del MIT dal 1971 al 2016, vale a dire Alcator C-Mod e altri studi sperimentali.
È anche sulla base di questi lavori che il MIT ha scelto di collaborare con una società di startup ben finanziata per condurre ricerche: White, Greenwald e Hartwich hanno affermato che sebbene la fusione abbia dato un grande contributo al miglioramento dell'ambiente, Ci vuole tempo, ma questa ricerca collaborativa può ridurre notevolmente i tempi per la tecnologia di fusione per entrare nel mercato.
In passato, le startup energetiche spesso richiedevano sostanziali finanziamenti per la ricerca per portare sul mercato nuove tecnologie energetiche: le forme tradizionali di investimento precoce spesso sono in contrasto con il capitale lungo e denso che gli investitori di energia hanno familiarità con.
A causa delle condizioni speciali richieste per produrre reazioni di fusione, i ricercatori devono condurre ricerche su una certa scala, per cui questa partnership accademico-industriale è una condizione necessaria per assicurare il rapido avanzamento della tecnologia di fusione. È così facile costruire un'applicazione, "ha affermato Greenwald.
La maggior parte del primo round di investimento realizzato da CFS sarà utilizzato per sostenere la ricerca dei nuovi magneti superconduttori del MIT. Ovviamente, il team è anche fiducioso di poter sviluppare con successo magneti che soddisfano le esigenze.
"Ma questo non vuol dire che questo è un lavoro semplice", ha aggiunto Greenwald, che richiede un sacco di personale di ricerca per fare molto lavoro. Greenwald ha anche sottolineato che una squadra ha creato un magnete con materiali superconduttori per studiare In altri progetti, il campo elettromagnetico è il doppio di quello richiesto dai reattori a fusione: sebbene la dimensione di questo magnete sia piccola, conferma la fattibilità del concetto di magnete superconduttore.
Oltre ad investire in CFS, Eni ha anche annunciato la collaborazione con MITEI per sostenere progetti di ricerca nel laboratorio di innovazione della tecnologia di fusione PSFC, che nei prossimi anni raggiungerà l'importo totale di 2 milioni di dollari.
Greenwald ha dichiarato: "La nostra strategia consiste nell'utilizzare un approccio di fisica conservativa basato sulla ricerca di istituzioni come il Mit. Se SPARC raggiunge l'obiettivo desiderato, ottenere una produzione energetica netta sulla scala dell'attuale centrale elettrica, questa sarà la fusione di Kitty Ho Momento di Kitty Hawk (Perché ha fatto il primo volo di prova di Kitty Hawk per il momento a Kitty Hawk in North Carolina nel 1903.)