Nuklear fusionsgruppe opfordrer til at bygge et pilotanlæg inden 2040'erne

Den største kritik af nuklear fusion har været, at dens enorme potentiale som en kommerciel energikilde altid lige har været uden for rækkevidde.

Men en gruppe af landets bedste fusionsforskere og forskere har netop udsendt en rapport til Department of Energy, der opfordrer USA til at bygge et fusionspilotanlæg inden 2040'erne. Den 80 sider lange rapport, skrevet af Fusion Energy Sciences Advisory Committee, var to år undervejs.

"Det, der virkelig kom stærkt ud af dette, er en reel fornemmelse af, at fusionsenergividenskabens portefølje virkelig burde dreje i retning af en energimission, og realiseringen af ​​denne mission er udviklingen og driften af ​​et fusionspilotanlæg i 2040'erne, " sagde Wayne Solomon, som fungerede som medformand i udvalget. "Det (måldatoen) er en line-in-the-sand-type ting."

Rapporten kortlægger en strategisk vej for USA, da det søger at udvikle atomfusion som en praktisk talt ubegrænset kilde til kulstoffri energi.

Nuklear fusion adskiller sig fra fission, som er den proces, der anvendes i kommercielle atomkraftværker, såsom den nu lukkede San Onofre Nuclear Generating Station. Fission splitter kernerne af atomer for at skabe kraft, mens fusion får brintkerner til at kollidere og smelte sammen til heliumatomer, der frigiver enorme mængder energi - i det væsentlige frigiver den samme mængde energi, som driver stjernerne.

Fusionsteknologi var kritisk i udviklingen af ​​brintbomben i 1950'erne, men en fredelig, kommerciel anvendelse af fusion som energikilde har tiltrukket videnskabsmænd i årtier.

Mens operatører af fissionsanlæg skal klare radioaktivt brugt brændsel, eller affald, der er efterladt, halveringstiden for de fleste radioisotoper indeholdt i fusion er mindre end ti år, og komponenterne aktiveret i en fusionsreaktor er lav nok til at blive genbrugt eller genbrugt inden for 100 år.

Når der opstår forstyrrelser under fusionsprocessen, plasmaet afkøles inden for sekunder, og reaktionen stopper, derved forhindres risikoen for en nedsmeltning eller ulykke som den ved Fukushima.

"Det har virkelig et stort potentiale til at imødekomme menneskehedens energibehov, nu og i fremtiden, på et niveau, som sandsynligvis intet andet faktisk kan gøre, " sagde Salomon, som også er direktør for Science and Technology for Magnetic Fusion Energy hos General Atomics, San Diego-virksomheden længe tilknyttet fusionsforskning.

Men der findes ingen kommercielle fusionsreaktorer. Faktisk, fusionskraft er kun blevet genereret i meget korte perioder i laboratoriet, fører til en skæv iagttagelse af skeptikere gennem årene, at fusion som elektricitetskilde altid er 30 år væk.

I 2018, Institut for Energi opfordrede Fusion Energy Sciences Advisory Committee til at komme med en langsigtet strategi for fusion som energikilde. Udvalget nåede ud til store dele af fusionssamfundet, og rapporten, der udkom i midten af ​​december, har fået bred opbakning.

Ud over opfordringen til et pilotanlæg i 2040'erne, udvalget anbefaler eksperimentelle faciliteter for bedre at forstå plasmavidenskab og -teknologi.

Hvad er plasma? Ved de ekstreme temperaturer, der er nødvendige for nuklear fusion, elektroner adskilles fra kerner, og en gas bliver til et plasma - en ioniseret stoftilstand. Fusionsenergi og plasma er uløseligt forbundet, med en fusionsreaktor, der kræver et "brændende plasma", der er indespærret og kontrolleret i sin kerne.

Der er gjort fremskridt inden for plasmavidenskab på DIII-D National Fusion Facility, som General Atomics driver som entreprenør for Department of Energy. Ved DIII-D, et doughnutformet metalvakuumkammer kaldet en tokamak er omgivet af utroligt kraftige magneter. Brændstof bestående af brintisotoper kan omdannes til plasma ved at opvarme brændstoffet til mere end 150 millioner grader Fahrenheit.

Der forventes en hel del flere fremskridt inden for fusion på ITER, et internationalt projekt til mange milliarder dollar under opførelse i Frankrig. USA er en af ​​de globale partnere i eksperimentet – faktisk, General Atomics leverer en af ​​projektets nøgleelementer - som forventes at starte i december 2025.

Men ITER vil ikke opfange den energi, den vil producere, som elektricitet. Hellere, det håber at bane vejen for udviklingen af ​​fremtidige fusionskraftværker.

Fusion Energy Sciences Rådgivende Komités rapport opfordrer til at bygge videre på, hvad der vil blive lært på ITER.

"Nu er det tid til at bevæge sig aggressivt mod udrulning af fusionsenergi, " sagde rapporten, som blev enstemmigt godkendt af udvalgets 22 medlemmer, som omfattede to medlemmer fra San Diego - Solomon og Christopher Holland ved UC San Diego.

Udvalgets rapport advarede om, at USA risikerer at komme bagud i forhold til andre lande inden for fusionsforskning, udvikling og drift. Men den gav ikke et skøn over omkostningerne ved et pilotfusionsanlæg eller kom med forslag til potentielle steder.

På dette tidlige stadium, Solomon sagde, at udvalget ikke ønskede at gæt.

"Der er meget bred vifte af meninger om, hvor meget en bestemt facilitet skal koste, eller hvad dens særlige mission faktisk skal indebære, "Salomon sagde, "så vi besluttede ikke at gå den vej."

Rapporten går nu til Department of Energy's Fusion Energy Sciences-kontor, som vil veje anbefalingerne og overveje, hvad der skal implementeres, og hvilke finansieringsanmodninger, der skal stilles til Kongressen.

Solomon sagde, at rapporten har modtaget "positiv feedback" fra medarbejdere på Capitol Hill. Der vil ske en ændring i toppen af ​​Energiministeriet, med den nyvalgte præsident Joe Biden, der nominerede den tidligere Michigan-guvernør Jennifer Granholm som sekretær.

"Fusion har generelt haft stærk bi-partisan støtte, " sagde Solomon. "Og i betragtning af at den nye administration har tilkendegivet en interesse i at adressere klimaændringer og lignende, Jeg ville håbe og forvente, at dette skulle modtage fortsat støtte."

2021 San Diego Union-Tribune.
Distribueret af Tribune Content Agency, LLC.