De acordo com a estimativa da atual taxa mundial de consumo de energia, a energia de fusão nuclear na Terra pode ser usada por mais de 10 bilhões de anos. Em princípio, a energia de fusão pode se tornar uma fonte de energia inesgotável livre de carbono. Portanto, a fusão nuclear Sempre foi um sonho a longo prazo das pessoas.
No Instituto de Tecnologia de Massachusetts, um novo projeto de pesquisa no valor de 30 milhões de dólares dos EUA está se preparando e comprometeu-se a tornar a tecnologia de fusão nuclear universal.
O projeto visa estabelecer a primeira estação de energia de verdadeira fusão do mundo. O poder de 200 MW desta estação de energia será comparável à maioria das modernas usinas comerciais. Segundo os relatórios, a construção de estações de energia de fusão é rápida e de baixo risco e pode ser completada dentro de 15 anos. .
A fusão nuclear é vista como a fonte de energia máxima
Ao contrário do que é habitual, o MIT escolheu fazer parceria com uma startup denominada Commonwealth Fusion Systems (CFS) para construir uma usina de energia elétrica. Recentemente, a colocação em operação recebeu 50 milhões de dólares americanos da empresa de energia italiana Eni. Investimento. O objetivo comum do CFS e do MIT é realizar rapidamente a comercialização da energia de fusão e estabelecer novas indústrias.
O presidente do Massachusetts Institute of Technology, Rafael Reif, está ansioso por essa cooperação.
TU Master MIT L. Rafael Reif
"Este é um momento histórico: os avanços na tecnologia magnética supercondutora tornaram as fusões ao alcance, proporcionando novas possibilidades para este tipo de energia segura e sem carbono. Os riscos climáticos que enfrentam a humanidade estão em alta, e estou muito feliz por o MIT poder Os aliados industriais colaboram para avançar para a revolução energética para o futuro da humanidade ", afirmou.
Não há dúvida sobre o impacto e o potencial da energia de fusão, mas a questão é: como conseguimos energia de fusão? ", Disse Robert Mumgaard, CEO da CFS." A abordagem é encontrar a combinação certa de ciência e tecnologia existente. Partilhe e, em seguida, resolva o problema passo a passo. '
Da esquerda para a direita: Martin Greenwald, Diretor Adjunto do MIT Center for Plasma Science e Fusion, Dan Brunnama, Diretor de Tecnologia do CFS, Zach Hartwig, Professor Assistente da Escola de Ciência e Engenharia Nuclear, CFS Chefe do Diretor Científico Brandon Solbohm, CEO da CFO Bob Mumgard e Diretor do PSFC Dennis White
Construa o íman supercondutor mais poderoso do mundo
Como sabemos, a fusão nuclear é o processo pelo qual múltiplos núcleos leves (por exemplo, hélio e neon) se combinam para formar um núcleo mais pesado (como o hélio). A enorme energia gerada pelo sol é derivada da reação de fusão. Se pode ser realizada uma vez A fusão nuclear controlada resolverá o problema de energia humana de longa data e será completamente resolvida.
No entanto, a reação de fusão produz energia líquida que requer condições extremas de centenas de milhões de graus Celsius. Nenhum material sólido pode suportar esta alta temperatura. O objetivo do MIT e CFS é construir um dispositivo de fusão compacto com potência de 100 megawatts.
Figura 丨 Equipe do CFS
Uma das etapas principais é a construção do íman supercondutor mais poderoso do mundo. O íman supercondutor também é um componente importante do dispositivo de fusão compacto Tokamak. O material superconductor usado para fazer o íman supercondutor é revestido com钇 - 钡 - fita composta de óxido de cobre (YBCO).
A maior vantagem dos materiais da YBCO é que ela pode reduzir muito o custo, o tempo e a complexidade organizacional necessários para construir um dispositivo de fusão de energia, proporcionando às pessoas novas formas de acessar a energia de fusão.
O professor White, professor de engenharia norte-americano e diretor do Departamento de Ciência e Engenharia Nuclear do MIT, disse que, visto que os ímãs são a tecnologia chave para novos tipos de reatores de fusão e o desenvolvimento de ímãs tem grande incerteza, os primeiros dois ou três anos do projeto foram direcionados aos eletroímãs. Pesquisa.
"Acreditamos que colocar a pesquisa magnética em primeiro lugar nos dará uma resposta confiável dentro de três anos. Ele também nos dará uma grande confiança para avançar. Vamos responder às questões mais críticas: podemos usar restrições de campo magnético? O esquema de plasma obtém energia líquida? ", Disse White.
O efeito deste tipo de ímã supercondutor também é muito digno de expectativa. O campo magnético gerado por este ímã supercondutor será 4 vezes o campo magnético do equipamento de fusão existente, o que aumentará a potência do mesmo dispositivo Tokamak em mais de 10 vezes.
Espera-se que MIT e CFS completem o estudo de ímãs supercondutores dentro de três anos. Naquele momento, eles usarão esses ímãs supercondutores para projetar e construir um dispositivo experimental de fusão compacta, o SPARC.
Diagrama do dispositivo experimental SPARC tokamak. O SPARC usa um supercondutor de alta temperatura para criar um campo magnético forte, que deverá ser o primeiro reator de fusão de plasma controlável com saída de energia líquida.
Marcos tecnológicos que desafiam a fusão
Uma vez que a tecnologia do íman esteja completa, a próxima tarefa da equipe é simplesmente evoluir o dispositivo experimental Tokamak existente.
Os dispositivos Tokamak foram estudados e refinados há décadas. O SPARC é uma evolução dos dispositivos tokamak. Entre eles, o MIT iniciou seu trabalho de pesquisa na década de 1970, por Bruno Coppi e Ron. • Ron Parker liderou dois professores. O dispositivo experimental de fusão de campo magnético que estudaram já foi usado no MIT desde então e criou muitos registros de ciência de fusão.
Atualmente, a potência térmica do projeto do dispositivo experimental de fusão compacta SPARC é de 100 megawatts. Embora a energia térmica não possa ser totalmente convertida em energia elétrica, é suficiente para alimentar uma cidade pequena com um pulso de 10 segundos. A energia de saída é o aquecimento da energia de plasma necessária. Duas vezes, ele também atinge o marco técnico da fusão: saída de energia líquida.
Não é difícil perceber a reação à fusão nuclear, mas o maior problema com os reatores de fusão no momento é que a energia de entrada é maior do que a energia de saída, o que significa que, para alcançar a fusão, a energia consumida excede a energia liberada pela reação de fusão. Processo.
Com base no SPARC, os cientistas serão capazes de construir duas vezes mais grandes plantas de energia nuclear do novo tipo que podem alcançar a produção de energia líquida nos negócios e se tornar a demonstração final de design e construção de reator de fusão comercial.
A outra camada do projeto é que ele se tornará um estudo complementar do projeto de cooperação internacional de grande escala ITER.
Projeto Tutor International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER)
O ITER é a maior instalação experimental de fusão do mundo e atualmente está sendo construído no sul da França. Se for bem, o ITER deverá produzir energia de fusão até 2035. De acordo com Hartwig, o poder de saída do SPARC é 1/5 do ITER, mas é O tamanho é 1/65 do ITER.
O mercado da energia precisa de um novo modelo de cooperação
Durante décadas, sob o apoio do governo à pesquisa de fusão, os cientistas têm acumulado muita experiência profissional. Entre eles estão os trabalhos de pesquisa do MIT de 1971 a 2016, nomeadamente Alcator C-Mod e outros estudos experimentais.
É também com base nesses trabalhos que o MIT optou por cooperar com uma empresa de inicialização bem financiada para realizar pesquisas. White, Greenwald e Hartwich disseram que, embora a fusão tenha contribuído de forma importante para melhorar o meio ambiente, Isso leva tempo, mas essa pesquisa colaborativa pode encurtar o tempo para a tecnologia de fusão entrar no mercado.
No passado, as startups de energia muitas vezes exigiam recursos substanciais de pesquisa para levar novas tecnologias de energia ao mercado. As formas tradicionais de investimento antecipado muitas vezes são contrárias ao capital de longo ciclo e denso que os investidores de energia estão familiarizados.
Devido às condições especiais necessárias para produzir reações de fusão, os pesquisadores devem realizar pesquisas em uma determinada escala. Como tal, essa parceria acadêmico-industrial é uma condição necessária para garantir o rápido avanço da tecnologia de fusão. Isso é diferente dos três engenheiros na garagem. É tão fácil construir um aplicativo ", disse Greenwald.
A maior parte da primeira rodada de investimento feita pelo CFS será usada para apoiar a pesquisa dos novos ímans supercondutores do MIT. Claro, a equipe também confia em que pode desenvolver ímãs que atendam às necessidades.
"Mas isso não quer dizer que este é um trabalho simples", acrescentou Greenwald, exige muita equipe de pesquisa para fazer muito trabalho. Greenwald também apontou que um time fez um ímã com materiais supercondutores para estudar Em outros projetos, o campo eletromagnético é o dobro das exigidas pelos reatores de fusão. Embora o tamanho desse ímã seja pequeno, ele confirma a viabilidade do conceito de ímã supercondutor.
Além de investir no CFS, a Eni também anunciou cooperação com o MITEI para apoiar projetos de pesquisa no laboratório de inovação de tecnologia de fusão do PSFC. Nos próximos anos, o investimento total nesses projetos de pesquisa chegará a US $ 2 milhões.
Greenwald disse: "Nossa estratégia é usar uma abordagem de física conservadora baseada em pesquisas de instituições como o MIT. Se a SPARC alcançar o objetivo desejado, alcançar a produção de energia líquida na escala da usina de energia atual, esta será a fusão de Kitty Ho Momento Kitty Hawk (Por que o primeiro vôo de teste do Kitty Hawk para Kitty Hawk na Carolina do Norte em 1903.)