Samrunaorkuframleiðsluaðferð Bretlands tók á sig mynd með tilkynningu um STEP (Spherical Tokamak for Energy Production) áætlunina árið 2019. Fyrsta áfanga þess (2019-2024) er lokið með útgáfu hugmyndahönnunar fyrir samþætta samruna frumgerð raforkuversins. Það mun byggjast á notkun segulsviðs til að takmarka plasma með því að nota tokamak vél, en STEP Bretlands mun nota kúlulaga tokamak í stað hefðbundins kleinuhringlaga tokamak sem er notað á ITER. Talið er að kúlulaga tokamak hafi nokkra kosti. Verksmiðjan verður byggð í Nottinghamshire og er gert ráð fyrir að hún verði tekin í notkun snemma á fjórða áratugnum.
Þörfin fyrir áreiðanlegan uppsprettu hreinnar orku til að mæta vaxandi orkuþörf vaxandi íbúa og hagkerfis heimsins sem gæti fljótt hjálpað til við að takast á við áskoranir (sem stafar af tæmandi jarðefnaeldsneyti, kolefnislosun og loftslagsbreytingum, umhverfisáhættu sem tengist kjarnakljúfum og fátækum sveigjanleika endurnýjanlegra orkugjafa) hefur aldrei fundist jafn mikið og nú.
Í náttúrunni knýr kjarnasamruni stjörnur, þar á meðal sólina okkar, sem eiga sér stað í kjarna stjarnanna þar sem samrunaskilyrði (þ.e. mjög hár hiti á bilinu hundruð milljóna gráður og þrýstingur) ríkja. Hæfni til að skapa stýrðar samrunaskilyrði á jörðinni er lykillinn að ótakmarkaðri hreinni orku. Þetta felur í sér að byggja upp samrunaumhverfi með mjög háum hita til að kalla fram árekstra með mikilli orku, sem hefur nægjanlegan plasmaþéttleika til að auka líkur á árekstrum og sem gæti takmarkað plasma í nægilega langan tíma til að gera samruna kleift. Augljóslega er innviði og tækni til að takmarka og stjórna ofhitnuðu plasma lykilskilyrði fyrir hagnýtingu á samrunaorku í atvinnuskyni. Verið er að kanna og beita mismunandi aðferðum um allan heim til að binda plasma í átt að viðskiptalegri framkvæmd samrunaorku.
Inertial Confinement Fusion (ICF)
Í tregðusamruna nálgun skapast samrunaskilyrði með því að þjappa saman og hita lítið magn af samrunaeldsneyti hratt. National Ignition Facility (NIF) við Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) notar leysidrifna sprengitækni til að sprengja hylki fyllt með deuterium-tríum eldsneyti með því að nota háorku leysigeisla. NIF náði samrunakveikju fyrst í desember 2022. Í kjölfarið var sýnt fram á samrunakveikju þrisvar sinnum árið 2023 sem staðfesti sönnun þess að hægt sé að nýta stýrðan kjarnasamruna til að mæta orkuþörf.
Segulbundin lokun á plasma nálgun
Notkun segla til að takmarka og stjórna plasma til samruna er reynt á mörgum stöðum. IITER, metnaðarfyllsta samrunaorkusamstarf 35 þjóða með aðsetur í St. Paul-lez-Durance í Suður-Frakklandi notar hringtorus (eða kleinuhring segulmagnaðir tæki) sem kallast tokamak sem er hannað til að loka samrunaeldsneyti í langan tíma við nógu hátt hitastig fyrir samrunarkviknun eigi sér stað. Tokamaks er leiðandi hugmyndafræði um lokun í plasma fyrir samrunaorkuver, og geta haldið samrunaviðbrögðum gangandi svo lengi sem stöðugleiki er í plasma. Tokamak ITER verður stærsti heimurinn.
STEP (Spherical Tokamak for Energy Production) samrunaáætlun Bretlands:
Eins og ITER er STEP samrunaáætlun Bretlands byggð á segulmagnaðir lokun plasma með tokamak. Hins vegar mun tokamakið í STEP forritinu kúlulaga (í stað þess að ITER er kleinuhringur í laginu). Kúlulaga tokamak er fyrirferðarlítill, hagkvæmur og getur verið auðveldara að skala.
STEP forritið var tilkynnt árið 2019. Fyrsta áfanga þess (2019-2024) er lokið með útgáfu hugmyndahönnunar fyrir samþætta samruna frumgerð raforkuversins.
Þemahefti af Philosophical Transactions A of Royal Society, sem heitir "Afhending samrunaorku – Kúlulaga Tokamak fyrir orkuframleiðslu (STEP)“ sem samanstendur af 15 ritrýndum greinum var birt 26. ágúst 2024 sem lýsir tækniframförum áætlunarinnar um að hanna og byggja fyrstu frumgerð Bretlands til að framleiða rafmagn úr samruna. Blöðin taka heildarmynd af hönnun og útlínur tækni sem krafist er og samþættingu þeirra í frumgerð verksmiðju í byrjun 2040.
STEP áætlunin miðar að því að ryðja brautina fyrir viðskiptalega hagkvæmni samruna með því að sýna fram á nettóorku, sjálfsbjargarviðleitni eldsneytis og raunhæfa leið til viðhalds álversins. Það tekur heildræna nálgun til að afhenda fullkomlega starfhæfa frumgerð verksmiðju sem lítur einnig á niðurlagningu sem hluta af hönnuninni.
***
Tilvísanir:
- ríkisstjórn Bretlands. Fréttatilkynning - Bretland leiðandi í heiminum í hönnun samrunaorkuvera. Birt 03. september 2024. Fæst á https://www.gov.uk/government/news/uk-leading-the-world-in-fusion-powerplant-design
- 'Að skila samrunaorku - Kúlulaga Tokamak fyrir orkuframleiðslu (STEP). Þemaútgáfa Royal Society af Philosophical Transactions A,. Allar 15 ritrýndar greinar þemablaðsins birtar 26. ágúst 2024. Fáanlegar á https://royalsocietypublishing.org/toc/rsta/2024/382/2280
- Breskir vísindamenn sýna innsýn í hönnun fyrir nýja samrunaorkuver. Vísindi. 4. september 2024. DOI: https://doi.org/10.1126/science.zvexp8a
***
Tengdar greinar
- Brúnir dvergar (BDs): James Webb sjónaukinn greinir minnsta hlutinn sem myndast á stjörnulíkan hátt (5 janúar 2024)
- „Fusion Ignition“ sýndi í fjórða sinn á Lawrence Laboratory (20 desember 2023)
***