Yhdistyneen kuningaskunnan fuusioenergiaohjelma: STEP-prototyyppivoimalaitoksen konseptisuunnittelu julkistettiin 

Yhdistyneen kuningaskunnan lähestymistapa fuusioenergian tuotantoon muotoutui, kun STEP (Spherical Tokamak for Energy Production) -ohjelma julkistettiin vuonna 2019. Sen ensimmäinen vaihe (2019-2024) on päättynyt integroidun fuusioprototyypin voimalaitoksen konseptisuunnittelun julkaisuun. Se perustuu magneettikentän käyttöön plasman rajoittamiseen tokamak-koneella, mutta Britannian STEP käyttää pallomaista tokamakia perinteisen donitsin muotoisen tokamakin sijaan, jota käytetään ITERissä. Pallomaisella tokamakilla uskotaan olevan useita etuja. Tehdas rakennetaan Nottinghamshireen, ja sen odotetaan olevan käytössä 2040-luvun alussa.  

Tarve luotettavalle puhtaan energian lähteelle vastaamaan kasvavan väestön ja maailmantalouden kasvavaan energiantarpeeseen, mikä voisi auttaa nopeasti vastaamaan haasteisiin (joita aiheuttavat ehtyvät fossiiliset polttoaineet, hiilidioksidipäästöt ja ilmastonmuutos, ydinfissioreaktoreihin liittyvät ympäristöriskit ja huonot uusiutuvien lähteiden skaalautuvuus) ei ole koskaan tuntunut niin voimakkaasti kuin nyt.  

Luonnossa ydinfuusio saa voimansa tähdille, mukaan lukien aurinkomme, jotka tapahtuvat tähtien ytimessä, jossa vallitsevat fuusioolosuhteet (eli erittäin korkea lämpötila satojen miljoonien celsiusasteiden alueella ja paine). Kyky luoda hallittuja fuusio-olosuhteita maan päällä on avain rajattomaan puhtaaseen energiaan. Tähän sisältyy erittäin korkean lämpötilan fuusioympäristön rakentaminen korkeaenergisten törmäysten provosoimiseksi, jolla on riittävä plasmatiheys lisäämään törmäysten todennäköisyyttä ja joka voisi sulkea plasman riittävän pitkäksi ajaksi fuusion mahdollistamiseksi. On selvää, että infrastruktuuri ja teknologia tulistetun plasman rajoittamiseksi ja hallitsemiseksi ovat keskeinen vaatimus fuusioenergian kaupallisessa hyödyntämisessä. Erilaisia ​​lähestymistapoja tutkitaan ja sovelletaan eri puolilla maailmaa plasman sulkemiseen kohti fuusioenergian kaupallista toteutusta.   

Inertial Confinement Fusion (ICF) 

Inertiafuusiomenetelmässä fuusioolosuhteet luodaan puristamalla ja kuumentamalla nopeasti pieni määrä fuusiopolttoainetta. Lawrence Livermore National Laboratoryn (LLNL) National Ignition Facility (NIF) käyttää laser-ohjattua räjähdystekniikkaa deuterium-tritiumpolttoaineella täytettyjen kapseleiden räjäyttämiseen käyttämällä korkean energian lasersäteitä. NIF saavutti fuusiosytytyksen ensimmäisen kerran joulukuussa 2022. Myöhemmin fuusiosytytystä esitettiin kolme kertaa vuonna 2023, mikä vahvisti ajatuksen siitä, että hallittua ydinfuusiota voidaan hyödyntää energiatarpeiden tyydyttämiseksi.  

Plasmalähestymistavan magneettinen rajoitus  

Magneettien käyttöä plasman rajoittamiseen ja hallitsemiseen fuusiota varten kokeillaan monissa paikoissa. Etelä-Ranskassa St. Paul-lez-Durancessa sijaitseva 35 maan kunnianhimoisin fuusioenergiayhteistyö IITER käyttää rengastorusta (tai donitsimagneettista laitetta), nimeltään tokamak, joka on suunniteltu sulkemaan fuusiopolttoainetta pitkiksi ajoiksi riittävän korkeissa lämpötiloissa. fuusiosytytys tapahtuu. Fuusiovoimaloiden johtava plasmarajoituskonsepti, tokamakit voivat pitää fuusioreaktion käynnissä niin kauan kuin plasma on vakaa. ITERin tokamakista tulee maailman suurin.   

Yhdistyneen kuningaskunnan STEP (Spherical Tokamak for Energy Production) fuusioohjelma: 

Kuten ITER, myös Yhdistyneen kuningaskunnan STEP-fuusioohjelma perustuu plasman magneettiseen eristämiseen tokamakin avulla. STEP-ohjelman tokamak on kuitenkin pallomainen (ITERin donitsin muotoisen sijaan). Pallomainen tokamak on kompakti, kustannustehokas ja voi olla helpompi skaalata.  

STEP-ohjelma julkistettiin vuonna 2019. Sen ensimmäinen vaihe (2019-2024) on päättynyt integroidun fuusioprototyypin voimalaitoksen konseptisuunnittelun julkaisuun.  

Royal Societyn Philosophical Transactions A:n teemanumero, jonka otsikko on "Fuusioenergian toimittaminen – pallomainen tokamak energiantuotantoon (STEP)15. elokuuta 26 julkaistiin 2024 vertaisarvioitua artikkelia, joissa kerrotaan yksityiskohtaisesti Ison-Britannian ensimmäisen fuusioenergian sähköä tuottavan prototyyppilaitoksen suunnittelu- ja rakentamisohjelman teknisestä edistymisestä. Paperit tallentavat täydellisen tilannekuvan tarvittavista suunnittelu- ja linjaustekniikoista ja niiden integroinnista prototyyppitehtaan 2040-luvun alkuun mennessä.  

STEP-ohjelmalla pyritään tasoittamaan tietä fuusion kaupalliselle kannattavuudelle osoittamalla nettoenergiaa, polttoaineomavaraisuutta ja kannattavaa reittiä laitosten ylläpitoon. Se ottaa kokonaisvaltaisen lähestymistavan täysin toimivan prototyyppilaitoksen toimittamiseen, jossa myös käytöstäpoisto otetaan osana suunnittelua. 

*** 

Viitteet:  

1. Yhdistyneen kuningaskunnan hallitus. Lehdistötiedote – Yhdistynyt kuningaskunta on maailman johtava fuusiovoimaloiden suunnittelussa. Julkaistu 03. syyskuuta 2024. Saatavilla osoitteessa https://www.gov.uk/government/news/uk-leading-the-world-in-fusion-powerplant-design  

2. "Fuusioenergian toimittaminen – Spherical Tokamak for Energy Production (STEP). Royal Societyn teemapainos Philosophical Transactions A,. Kaikki 15. elokuuta 26 julkaistun teemanumeron 2024 vertaisarvioitua artikkelia. Saatavilla osoitteessa https://royalsocietypublishing.org/toc/rsta/2024/382/2280  

3. Yhdistyneen kuningaskunnan tutkijat paljastavat välähdyksen uuden fuusiovoimalan suunnitelmista. Tiede. 4. syyskuuta 2024. DOI:  https://doi.org/10.1126/science.zvexp8a 

*** 

Liittyvät artikkelit  

• Ruskeat kääpiöt (BD:t): James Webb -teleskooppi tunnistaa pienimmän tähtimäisellä tavalla muodostetun esineen (5 tammikuu 2024) 

• "Fusion Ignition" esiteltiin neljännen kerran Lawrence Laboratoryssa (20 joulukuu 2023) 

• Fusion Ignitionista tulee todellisuus; Energy Breakeven saavutettu Lawrence Laboratoryssa  (15 joulukuu 2022)  

***