Según la estimación de la tasa de consumo de energía mundial actual, la energía de fusión nuclear en la tierra puede utilizarse durante más de 10 mil millones de años. En principio, la energía de fusión puede convertirse en una fuente inagotable de energía libre de carbono. Por lo tanto, la fusión nuclear Siempre ha sido el sueño de las personas a largo plazo.
En el Instituto de Tecnología de Massachusetts, se está gestando un nuevo proyecto de investigación por valor de 30 millones de dólares estadounidenses, y se ha comprometido a hacer universal la tecnología de fusión nuclear.
El objetivo del proyecto es establecer la primera central eléctrica de fusión del mundo.La potencia de 200 MW de esta central eléctrica será comparable a la de las centrales eléctricas comerciales más modernas. Según los informes, la construcción de centrales de fusión es rápida y de bajo riesgo, y puede completarse en 15 años. .
Figura fusión nuclear es vista como la fuente de energía suprema
Y no es lo mismo, como de costumbre, el MIT y seleccione una compañía llamada 'Commonwealth Fusion Systems (CFS)' empresas de nuevas tecnologías para construir una planta de este tipo de energía. Recientemente, esta puesta en marcha empresas recibieron $ 50 millones de la empresa de energía italiana Eni (Eni) la inversión y el MIT CFS objetivo común es lograr la rápida comercialización de la energía de fusión y el establecimiento de nuevas industrias.
El presidente del MIT, Rafael Reif (L. Rafael Reif) mirando hacia adelante a esta asociación.
TU Master MIT L. Rafael Reif
'Este es un momento histórico: el progreso de la tecnología de imanes superconductores para que la energía de fusión a su alcance, tales como la seguridad, la energía libre de carbono ofrece nuevas posibilidades para los riesgos climáticos que enfrenta la humanidad está en aumento, y me complace poder MIT. aliados de cooperación industrial, el futuro de la humanidad a toda velocidad hacia una revolución energética ', dijo.
No hay dudas sobre el impacto y el potencial de la energía de fusión, pero la pregunta es: ¿cómo logramos la energía de fusión? ', Dijo Robert Mumgaard, CEO de CFS.' El enfoque es encontrar la combinación correcta de ciencia y tecnología existentes. Socio y luego resuelva el problema paso a paso. '
De izquierda a derecha: Martin Greenwald, Director Adjunto del Centro de Fusión y Ciencia de Plasma del MIT, Dan Brunnama, Oficial Técnico Principal del CFS, Zak Hartwig, Profesor Asistente, Escuela de Ciencia e Ingeniería Nuclear, CFS El Director Científico Brandon Solbohm, el Director Ejecutivo de CFO Bob Mumgard y el Director de PSFC Dennis White
Construye el imán superconductor más poderoso del mundo
Enorme energía liberada cuando, como sabemos, es una pluralidad de fusión nuclear de los núcleos de luz (tales como deuterio y tritio) se combinan en núcleos más pesados (por ejemplo, helio) de proceso, tremenda energía se genera a partir de las reacciones de fusión dom Una vez puede lograrse si la fusión nuclear controlada, durante mucho tiempo ha estado plagado de problemas de energía humana será resuelto por completo.
Sin embargo, las reacciones de fusión producen energía neta requerida condiciones extremas de cientos de millones de grados centígrados, cualquier material sólido no puede soportar tales temperaturas altas, mientras que el Instituto de Tecnología de Massachusetts y el SFC del objetivo es construir una energía de fusión compacta de 100 megavatios.
Figura 丨 Equipo de CFS
El paso clave es la construcción más poderosos electroimanes superconductores del mundo, superconductores electroimán es también un componente importante de los dispositivos de fusión Tokamak compactos. Imán superconductor Los materiales superconductores recubierto con una Composite - tira compuesta de cop-cobre (YBCO).
La mayor ventaja de material YBCO es que puede reducir en gran medida el costo de la construcción de energía neta requerida para los dispositivos de fusión, el tiempo y la complejidad de la organización, proporcionando nuevas formas para que las personas en contacto con la energía de fusión.
profesor de ingeniería del MIT y director del Departamento de Ciencia e Ingeniería Nuclear, Wright dijo que, debido a que el imán es la tecnología clave del nuevo reactor de fusión, así como el desarrollo del imán tiene una gran incertidumbre, por lo que el proyecto es para la primera de dos o tres años electroimán Investigación.
"Creemos que poner la investigación de imanes en primer lugar nos dará una respuesta confiable dentro de tres años. También nos dará una gran confianza para seguir adelante. Permítanos responder a las preguntas más críticas: ¿Podemos usar restricciones de campo magnético? El esquema de plasma obtiene energía neta? 'Dijo White.
El efecto de este tipo de imán superconductor también es muy esperado. El campo magnético generado por este imán superconductor será 4 veces el campo magnético del equipo de fusión existente, lo que aumentará la potencia del dispositivo Tokamak del mismo tamaño en más de 10 veces.
Se espera que MIT y CFS completen el estudio de los imanes superconductores dentro de tres años. En ese momento, usarán estos imanes superconductores para diseñar y construir un dispositivo experimental de fusión compacta, SPARC.
Diagrama del dispositivo experimental tokamak SPARC. SPARC utiliza un superconductor de alta temperatura para crear un campo magnético fuerte, que se espera que sea el primer reactor de fusión de plasma controlable con salida de energía neta.
Hitos tecnológicos que desafían la fusión
Una vez que se completa la tecnología de imán, la siguiente tarea del equipo es simplemente evolucionar el dispositivo experimental Tokamak existente.
Los dispositivos Tokamak se han estudiado y perfeccionado durante décadas. SPARC es una evolución de los dispositivos tokamak. Entre ellos, el MIT comenzó su trabajo de investigación en la década de 1970, por Bruno Coppi y Ron. • Ron Parker dirigió a dos profesores. El potente dispositivo de fusión de campo magnético que estudiaron se ha utilizado en el MIT y ha creado muchos registros en el campo de la ciencia de la fusión.
Actualmente, la potencia térmica de diseño del dispositivo experimental de fusión compacta SPARC es de 100 megavatios. Aunque la energía térmica no puede convertirse completamente en energía eléctrica, es suficiente para alimentar una ciudad pequeña con un pulso de 10 segundos La energía de salida es el calentamiento de la energía de plasma requerida. En dos ocasiones, también logra el hito técnico de la fusión: la producción neta de energía.
No es difícil realizar la reacción de fusión nuclear, pero el mayor problema con los reactores de fusión actualmente es que la energía de entrada es mayor que la energía de salida, lo que significa que para lograr la fusión, la energía consumida excede la energía liberada por la fusión. Proceso.
Con base en SPARC, los científicos podrán construir el doble de nuevas plantas de energía nuclear de nuevo tipo, que pueden lograr una producción neta de energía en los negocios, y convertirse en la máxima demostración del diseño y la construcción de reactores de fusión comerciales.
La otra capa del proyecto es que se convertirá en un estudio complementario del proyecto de cooperación internacional a gran escala ITER.
Proyecto de Reactor Experimental Termonuclear Internacional Tutor (ITER)
ITER es la instalación experimental de fusión más grande del mundo y actualmente se está construyendo en el sur de Francia. Si funciona bien, se espera que ITER produzca energía de fusión para 2035. Según Hartwig, la potencia de salida de SPARC es 1/5 de ITER, pero es El tamaño es 1/65 de ITER.
El mercado de la energía necesita un nuevo modelo de cooperación
Durante décadas, bajo el apoyo del gobierno para la investigación de la fusión, los científicos han acumulado una gran cantidad de experiencia profesional. Entre ellos se encuentran el trabajo de investigación del MIT de 1971 a 2016, a saber, Alcator C-Mod y otros estudios experimentales.
También sobre la base de estos trabajos, MIT optó por cooperar con una empresa nueva y bien financiada para llevar a cabo investigaciones. White, Greenwald y Hartwich dijeron que aunque la fusión ha contribuido mucho a la mejora del medioambiente, Lleva tiempo, pero esta investigación colaborativa puede acortar enormemente el tiempo para que la tecnología de fusión ingrese al mercado.
En el pasado, las empresas emergentes de energía a menudo requerían fondos sustanciales de investigación para traer nuevas tecnologías energéticas al mercado. Las formas tradicionales de inversión inicial a menudo son contrarias al capital denso y de largo ciclo con el que los inversores de energía están familiarizados.
Debido a las condiciones especiales requeridas para producir reacciones de fusión, los investigadores deben realizar investigaciones en una determinada escala, por lo que esta asociación académica-industrial es una condición necesaria para garantizar el rápido avance de la tecnología de fusión, a diferencia de los tres ingenieros en el garaje. Es muy fácil construir una aplicación ", dijo Greenwald.
La mayor parte de la primera ronda de inversión realizada por CFS se utilizará para apoyar la investigación de los nuevos imanes superconductores del MIT Por supuesto, el equipo también confía en que puede desarrollar con éxito imanes que satisfagan las necesidades.
'Esto no quiere decir que esta es una tarea fácil', añadió Greenwald, se requiere una gran cantidad de investigadores que hacer mucho trabajo. Greenwald también señaló que el equipo ha hecho el imán material superconductor para estudiar otros proyectos, cuyo campo se requiere para reactor de fusión en dos ocasiones. Mientras que el tamaño más pequeño del imán, pero confirmó la viabilidad del concepto de un imán superconductor.
Además de la inversión en el SFC, Eni también anunció una asociación con MITEI, apoyar proyecto de investigación PSFC Fusión Laboratorio de Innovación Tecnológica próximos años, estos proyectos de investigación con una inversión total alcanzará los $ 2 millones.
Greenwald dijo: 'Nuestra estrategia se basa en las instituciones de investigación como el MIT, usando un programa conservador si SPARC física lograr los objetivos deseados, en realidad, en las plantas de energía escala para lograr una salida de energía neta, ésta será la fusión de Jidi Huo. g tiempo (Kitty Hawk momento, en 1903, los hermanos Wright en Kitty Hawk, Carolina del Norte, aviones primer éxito de vuelo). '