Buddsoddiad o $42 miliwn! Adran Ynni'r UD yn Creu 3 phrif Ganolfan Ymchwil Cyfuno Laser

Amser lleol ddydd Iau, cyhoeddodd Adran Ynni yr Unol Daleithiau ei bod yn creu tair canolfan ymchwil gyda'r gobaith o hyrwyddo gwyddoniaeth a thechnoleg ymdoddiad anadweithiol sylfaenol (IFE) a defnyddio ffrwydradau thermoniwclear bach a yrrir gan laser mewn gweithfeydd pŵer yn y dyfodol.
Bydd y tair canolfan, sydd wedi'u lleoli yn Labordy Cenedlaethol Lawrence Livermore (LLNL) yng Nghaliffornia, Prifysgol Talaith Colorado, a Phrifysgol Rochester yn Nhalaith Efrog Newydd, yn rhannu cyfanswm o $42 miliwn dros bedair blynedd. O hynny, $16 miliwn yr un ar gyfer Livermore a Colorado State, a $10 miliwn ar gyfer Prifysgol Rochester - ffracsiwn bach o gyllideb gwyddor ynni ymasiad y DOE - sydd eleni yn fwy na hanner biliwn o ddoleri.
Dywedodd Scott Hsu, prif gydlynydd ymasiad y DOE, y bydd ymchwil yn y tair canolfan yn y dyfodol yn “canolbwyntio mwy ar y technolegau sylfaenol sydd eu hangen ar gyfer unrhyw system ymasiad anadweithiol.
Cynhyrchir egni trwy gyfuno dau atom bach, hydrogen fel arfer, yn atom mwy. Y broses hon, a elwir yn "fusion," yw ffynhonnell egni'r haul a sêr eraill. Pe bai modd atgynhyrchu ymasiad niwclear rheoledig ar y Ddaear, byddai'n cynhyrchu llawer o ynni heb gynhyrchu carbon deuocsid sy'n cynhesu'r Ddaear na gwastraff ymbelydrol hirhoedlog.
Hyd yn hyn, mae'r rhan fwyaf o ymchwil ynni ymasiad, a'r rhan fwyaf o gyllideb gwyddor ymasiad yr Adran Ynni, wedi canolbwyntio ar adweithyddion sy'n defnyddio meysydd magnetig pwerus i gynnwys hydrogen wedi'i uwchgynhesu nes bod y niwclysau'n gwrthdaro ac yn cyfuno. Ond pwysleisiodd arbrawf llwyddiannus a gynhaliwyd y llynedd yng Nghyfleuster Tanio Cenedlaethol Livermore (NIF) ddull gwahanol - tanio laserau pwerus at ronynnau hydrogen unigol i wasgu eu hatomau at ei gilydd a chynhyrchu fflach o ymasiad.
Mae LLNL wedi tanio ymasiad yn NIF bedair gwaith hyd yma. Cyflawnwyd y diweddaraf trwy danio 2.2 megajoule (MJ) o ynni at y targed tanio, gan gynhyrchu 3.4 MJ o egni ymasiad. Ni chafodd yr NIF ei gynllunio fel prototeip ar gyfer cynhyrchu ynni ymasiad. Ers i brofion niwclear ddod i ben ym 1992, fe'i defnyddiwyd yn bennaf i helpu i gynnal arfau niwclear yr Unol Daleithiau. Mewn arbrofion blaenorol, taniodd arbrawf gwyddoniaeth NIF pwls laser i mewn i belen tanwydd hydrogen. Byddai angen i waith pŵer ymarferol danio'r pwls laser dro ar ôl tro ar amlder o 10 gwaith yr eiliad, gyda phob pwls yn gosod pelen tanwydd newydd.
Rhaid i'r laserau hyn fod yn fwy pwerus, yn fwy dibynadwy, ac yn fwy ynni-effeithlon na laserau NIF. Rhaid i dargedau tanwydd hydrogen fod yn rhad ac yn hawdd i'w cynhyrchu. Bydd angen cyflenwad cyson o filiynau o belenni ar orsaf bŵer. Bydd y ganolfan ymchwil newydd yn helpu i fynd i'r afael â'r rhwystrau hyn.
Dywedodd Kramer Akli, sy'n rheoli rhaglen Inertial Fusion Energy Sciences y llywodraeth, fod y DOE wedi derbyn llawer o geisiadau, a dewisodd panel o feirniaid Livermore, Rochester a Colorado State. Roedd pob un o'r rhaglenni buddugol yn cynnwys cydweithredu â phrifysgolion eraill, labordai cenedlaethol, a chwmnïau preifat.
Dywedodd Dr Akli, "Dewch â'r meddyliau disgleiriaf yn eich maes ynghyd fel y gallwch gyflymu arloesedd ymhellach a datrys rhai o heriau ynni ymasiad inertial."
Un o brif nodau canolfan Prifysgol Rochester yw profi math newydd o laser y gellir ei danio'n uniongyrchol ar danwydd hydrogen. Mae'r dull hwn yn fwy ynni-effeithlon na'r un a ddefnyddiwyd yn arbrawf NIF yn Livermore. Ond os yw amrywiadau bach yn y laser yn cynhyrchu ansefydlogrwydd, gallant rwystro ymasiad.
Gellir rheoli'r ansefydlogrwydd hwn os yw'r laser yn ymledu dros ystod o donfeddi. Mae gwyddonwyr ym Mhrifysgol Rochester wedi bod yn gweithio ar y dull hwn, a elwir yn gyriant uniongyrchol, ers blynyddoedd, a bydd cyllid ymchwil o'r ganolfan yn cael ei ddefnyddio ar gyfer arbrofion i brofi a all laser pŵer uchel newydd oresgyn y broblem hon. Mae hyn yn agor llwybr i raglen gyriant uniongyrchol.
Bydd canolfan Colorado State yn astudio amrywiaeth o laserau a gynigir ar gyfer gwahanol gysyniadau ymasiad anadweithiol ac yn archwilio gwahanol ddyluniadau ar gyfer targedau tanwydd. Dywedodd Carmen Menoni, athro peirianneg drydanol a chyfrifiadurol a arweiniodd gynnig y ganolfan, y bydd yn astudio deunyddiau newydd ar gyfer haenau optegol laser fel y gallant wrthsefyll ymosodiadau laser ynni uchel parhaus yn well.
Dywedodd Tammy Ma, ffisegydd plasma yn Labordy Cenedlaethol Livermore (LLNL), y byddai ffocws y ganolfan yn mynd y tu hwnt i'r dull gyrru anuniongyrchol a ddefnyddir gan yr NIF ac yn dechrau mynd i'r afael â'r problemau sydd eu hangen i adeiladu gorsaf bŵer go iawn. "Nid dim ond bod gennych chi darged ac rydych chi'n ei daro ac yn creu egni."
Dylai'r ymchwil cychwynnol helpu i daflu goleuni ar ba ddulliau gweithredu sydd fwyaf addawol. “Nid yw’r buddsoddiad yn mynd i fod yn ddigon i ddod o hyd i’r atebion hynny mewn gwirionedd,” yn ôl Dr Tammy Ma, “ond rwy’n meddwl ar ddiwedd pedair blynedd, y gallwn ddilyn llwybr addawol i’r Unol Daleithiau ddangos gwir gyflawnder. gwaith peilot ar raddfa."
Dywedodd Ysgrifennydd Ynni yr Unol Daleithiau, Jennifer M. Granholm, "Mae harneisio ynni ymasiad yn un o heriau gwyddonol a thechnolegol mwyaf yr 21ain ganrif. Rydym bellach yn hyderus bod ynni ymasiad nid yn unig yn bosibilrwydd, ond yn hynod addawol. Bydd y gwyddonwyr yn y canolfannau hyn yn bod ar flaen y gad mewn datblygiad arloesol sy’n newid y gêm ac yn arbed planed.”
Bydd prosiectau a ariennir gan y rhaglen Ymchwil Cyflymedig mewn Gwyddoniaeth a Thechnoleg Ynni Cyfuniad Anadweithiol (IFE-star) yn dod ag arbenigedd a galluoedd labordai cenedlaethol, y byd academaidd a diwydiant Adran Ynni yr UD ynghyd i ddatblygu cydrannau system IFE. Mae ymasiad cyfyngu anadweithiol yn ddull ymasiad blaenllaw sy'n defnyddio laserau neu dechnolegau eraill i gywasgu a chynhesu plasma trwchus. bydd rhaglen seren IFE yn datblygu: cynlluniau targed enillion uchel; laserau effeithlonrwydd uchel gyda chyfraddau ailadrodd uchel; a saernïo, olrhain ac ymgysylltu targed ymasiad sy'n berthnasol i fywyd. mae rhaglen seren IFE wedi'i chynllunio i ddarparu ystod eang o dechnolegau i gefnogi'r system IFE, gan gynnwys y defnydd o laserau, laserau, a laserau mewn ystod eang o gymwysiadau. Elfen fawr o'r prosiect a ariennir yw rheoli'r ecosystem ymasiad anadweithiol, gan gynnwys datblygu gweithlu cynhwysol ac amrywiol.
Mae Labordy Energetics Laser (LLE) Prifysgol Rochester, a yrrir gan ei 400 o aelodau staff Rochester, wedi bod ar flaen y gad ym maes ynni, gwyddoniaeth a thechnoleg ers amser maith. Dim ond y llynedd, cyrhaeddodd gwyddonwyr yn Labordy Cenedlaethol Lawrence Livermore, gyda chefnogaeth LLE, y garreg filltir enillion ynni net gyntaf.
O ganlyniad i'r datblygiad arloesol yng Nghyfleuster Tanio Cenedlaethol Labordy Cenedlaethol Lawrence Livermore, mae ymasiad caethiwed anadweithiol wedi ennyn hyd yn oed mwy o ddiddordeb a sylw. Nod prosiect seren IFE yw mynd i'r afael â bylchau gwyddonol a thechnolegol cyffredin yn y mapiau technoleg a ragwelir ar gyfer y cwmnïau ymasiad IFE. yn Rhaglen Datblygu Carreg Filltir Cyfuno’r Swyddfa Wyddoniaeth drwy fynd i’r afael â’r cyfleoedd ymchwil â blaenoriaeth a amlinellwyd yn adroddiad Gweithdy IFE ar Anghenion Ymchwil Sylfaenol. Cynnydd Parhaus. Yn wahanol i ymasiad cyfyngu magnetig, sydd wedi'i gynllunio i gynnal llosgi plasma am gyfnodau hir o amser, bydd IFE yn gofyn am ffurfio corbys ailadroddus. Un nod yw datblygu'r wyddoniaeth a'r dechnoleg sydd eu hangen i symud ymasiad anadweithiol o arbrofion sengl enillion isel i'r cyfraddau cynnydd uchel, ailadroddus sydd eu hangen ar gyfer darpar weithfeydd peilot IFE.
Mae Adran Ynni yr Unol Daleithiau yn sefydlu rhaglen bwrpasol trwy IFE-star. Bydd y prosiect a ddewiswyd yn adeiladu ac yn trosoli galluoedd, arbenigedd, diagnosteg a chyfleusterau o'r radd flaenaf, a bydd seren IFE hefyd yn ehangu'n sylweddol ymchwil IFE a ariennir ar y cyd gan Asiantaeth Prosiectau Ymchwil Uwch DOE ar gyfer Ynni (ARPA-E) a'r Swyddfa Wyddoniaeth. .