Согласно оценке текущего мирового потребления энергии, энергия ядерного синтеза на Земле может использоваться более 10 миллиардов лет. В принципе, энергия плавления может стать неиссякаемым источником энергии, свободной от углерода, поэтому ядерный синтез Всегда была давняя мечта людей.
В Массачусетском технологическом институте новый исследовательский проект стоимостью 30 миллионов долларов США является пивоваренным и стремится к универсальной технологии ядерного синтеза.
Целью проекта является создание первой в мире действительно термоядерной электростанции. Мощность 200 МВт этой электростанции будет сопоставима с большинством современных коммерческих электростанций. По имеющимся данным, строительство термоядерных электростанций является быстрым и низким уровнем риска и может быть завершено в течение 15 лет. ,
Фигура ядерного синтеза рассматривается как конечный источник энергии
В отличие от обычного, MIT выбрала партнерство с автозагрузкой под названием Commonwealth Fusion Systems (CFS) для строительства такой электростанции. Недавно стартап получил 50 миллионов долларов США от итальянской энергетической компании Eni. Общая цель CFS и MIT - быстро реализовать коммерциализацию энергии слияния и создать новые отрасли.
Президент Массачусетского технологического института Рафаэль Рейф с нетерпением ждет этого сотрудничества.
TU Master MIT L. Рафаэль Рейф
«Это исторический момент: достижения в области технологий сверхпроводящих магнитов позволили достичь слияния, создавая новые возможности для такой безопасной, не углеродной энергии. Климатические риски, с которыми сталкивается человечество, растут, и я очень рад, что MIT может Промышленные союзники сотрудничают, чтобы продвигаться к энергетической революции для будущего человечества », - сказал он.
«Влияние термоядерной энергии и коммерческого потенциала неоспоримо, но вопрос заключается в следующем: как мы достигаем энергии слияния?» - сказал Роберт Мумгаард, генеральный директор CFS. «Подход состоит в том, чтобы найти правильное сочетание существующей науки и техники. Партнер, а затем решите проблему шаг за шагом ».
Слева направо: Мартин Гринвальд, заместитель директора Центра плазменной науки и моделирования MIT, Дэн Бруннама, главный технический директор CFS Зак Хартвиг, доцент, Школа ядерной науки и техники, CFS Главный научный сотрудник Брэндон Солбой, генеральный директор CFO Боб Мамгард и директор PSFC Деннис Уайт
Создайте самый мощный в мире сверхпроводящий магнит
Как известно, ядерный синтез - это процесс, с помощью которого множественные светлые ядра (например, гелий и неон) объединяются, чтобы образовать более тяжелое ядро (например, гелий). Огромная энергия, генерируемая солнцем, получена из реакции синтеза, если ее можно реализовать один раз Контролируемый ядерный синтез позволит решить давнюю проблему в области энергетики человека и будет полностью решена.
Однако реакция слияния приводит к чистой энергии, которая требует экстремальных условий сотен миллионов градусов Цельсия. Твердый материал не выдерживает этой высокой температуры. Цель MIT и CFS заключается в создании компактного устройства для термоядерного синтеза мощностью 100 мегаватт.
Рисунок 丨 Команда CFS
Одним из основных этапов является создание в мире самого мощного сверхпроводящего магнита. Сверхпроводящий магнит также является важной составляющей компактного термоядерного устройства Tokamak. Сверхпроводящий материал, используемый для изготовления сверхпроводящего магнита, покрыт钇 - 钡 - композитная полоса из оксида меди (YBCO).
Самым большим преимуществом материалов YBCO является то, что он может значительно снизить затраты, время и сложность организации, необходимые для создания сетевого устройства слияния энергии, тем самым предоставляя людям новые способы доступа к энергии термоядерного синтеза.
Профессор Уайт, американский инженер-инженер и директор Департамента ядерной науки и техники Массачусетского технологического института, сказал, что поскольку магниты являются ключевой технологией для реакторов слияния нового типа, а развитие магнитов имеет большую неопределенность, первые два или три года проекта были для электромагнитов. Исследования.
«Мы полагаем, что исследование магнитов в первую очередь даст нам надежный ответ в течение трех лет, а также даст нам большую уверенность в том, чтобы двигаться вперед. Давайте ответим на наиболее важные вопросы: можем ли мы использовать ограничения магнитного поля? Плазменная схема получает чистую энергию? »- сказал Белый.
Эффект такого сверхпроводящего магнита также очень ожидается. Магнитное поле, создаваемое этим сверхпроводящим магнитом, будет в 4 раза больше магнитного поля существующего оборудования для термоядерного синтеза, что увеличит мощность устройства Tokamak того же размера более чем в 10 раз.
Ожидается, что MIT и CFS завершат исследование сверхпроводящих магнитов в течение трех лет. В это время они будут использовать эти сверхпроводящие магниты для проектирования и создания экспериментального устройства для компактного термоядерного синтеза SPARC.
Схема экспериментального устройства токаряка SPARC. SPARC использует высокотемпературный сверхпроводник для создания сильного магнитного поля, которое, как ожидается, станет первым управляемым плазменным термоядерным реактором с выходом чистой энергии.
Технологические вехи, которые бросают вызов сплаву
Как только технология магнитов будет завершена, следующей задачей команды является простое развитие экспериментального устройства Tokamak.
Токамакские устройства изучены и усовершенствованы на протяжении десятилетий. SPARC - это эволюция устройств Tokamak. Среди них MIT начал свою исследовательскую работу в 1970-х годах Бруно Коппи и Рон. • Рон Паркер возглавлял двух профессоров. Сильное магнитное поле, которое они изучали, использовалось в Массачусетском технологическом институте и создало множество записей в области науки о слиянии.
В настоящее время расчетная тепловая мощность компактного термоядерного экспериментального устройства SPARC составляет 100 мегаватт. Хотя тепловая мощность не может быть полностью преобразована в электроэнергию, достаточно питания небольшого города с импульсом 10 секунд. Выходная энергия - это нагрев требуемой энергии плазмы. Два раза он также достигает технической вехи в слиянии: чистой энергии.
Нетрудно реализовать реакцию ядерного синтеза, но самая большая проблема с реакторами слияния в настоящее время заключается в том, что входная энергия больше, чем выходная энергия, а это означает, что для достижения слияния потребляемая энергия превышает энергию, выделяемую реакцией синтеза. Это пустая трата денег. процесс.
Основываясь на SPARC, ученые смогут построить в два раза большие атомные электростанции нового типа, которые могут достичь чистой энергии в бизнесе и стать окончательной демонстрацией конструкции и конструкции коммерческого термоядерного реактора.
Другим слоем проекта является то, что он станет дополнительным исследованием крупномасштабного проекта международного сотрудничества ИТЭР.
Репетитор международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР)
ИТЭР - крупнейший в мире экспериментальный объект по термоядерному синтезу, который в настоящее время строится на юге Франции. Если это будет хорошо, ожидается, что ИТЭР вырабатывает энергию плавления к 2035 году. Согласно Хартвигу, мощность SPARC составляет 1/5 от ИТЭР, но это Размер составляет 1/65 от ITER.
Энергетический рынок нуждается в новой модели сотрудничества
В течение десятилетий, при поддержке правительства в области исследований в области слияния, ученые накопили много профессионального опыта. Среди них - исследовательские работы Массачусетского технологического института с 1971 по 2016 год, а именно: «Алкатор С-Мод» и другие экспериментальные исследования.
Кроме того, на основе этих работ MIT решила сотрудничать с хорошо финансируемой стартап-компанией для проведения исследований. Уайт, Гринвальд и Хартвич сказал, что хотя слияние внес большой вклад в улучшение окружающей среды, Это требует времени, но это совместное исследование может значительно сократить время выхода технологии синтеза на рынок.
В прошлом стартапы в области энергетики часто требовали значительного финансирования исследований для вывода на рынок новых энергетических технологий. Традиционные формы ранних инвестиций часто противоречат долгосрочному и плотному капиталу, с которым знакомятся энергетические инвесторы.
Из-за особых условий, необходимых для производства реакций слияния, исследователи должны проводить исследования в определенном масштабе. Таким образом, это академическое индустриальное партнерство является необходимым условием для быстрого развития технологии термоядерного синтеза. Это отличается от трех инженеров в гараже. Так просто создать приложение, - сказал Гринвальд.
Большая часть первого раунда инвестиций, сделанных CFS, будет использована для поддержки исследований новых сверхпроводящих магнитов MIT. Разумеется, команда также уверена, что сможет успешно разрабатывать магниты, соответствующие потребностям.
«Но это не означает, что это простая работа, - добавил Гринвальд, - это требует большого количества научных сотрудников для выполнения большой работы. Гринвальд также отметил, что команда сделала магнит со сверхпроводящими материалами для изучения В других проектах электромагнитное поле в два раза больше, чем требуется для термоядерных реакторов. Хотя размер магнита мал, он подтверждает целесообразность концепции сверхпроводящего магнита.
Помимо инвестирования в CFS, Eni также сообщила о сотрудничестве с MITEI в поддержку исследовательских проектов в инновационной лаборатории технологий FFC. В ближайшие годы общий объем инвестиций в эти исследовательские проекты достигнет 2 миллионов долларов США.
Гринвальд сказал: «Наша стратегия заключается в использовании консервативного подхода к физике, основанного на исследованиях таких учреждений, как Массачусетский технологический институт. Если SPARC достигнет желаемой цели, добиться чистой энергии в масштабе реальной электростанции, которая будет слиянием Китти Хо Момент Китти-Хока (почему первый испытательный полет Китти-Хока в Китти-Хок в Северной Каролине в 1903 году)