Un científic d’energia de fusió parla a CleanTechnica sobre el potencial de fusió


L’agost de 2021 al Lawrence Livermore National Lab a Califòrnia, es va assolir una fita de fusió nuclear. Els investigadors de la National Ignition Facility del laboratori van crear un rendiment de més d’1,3 megajoules. Era la primera vegada que els investigadors aconseguien aquest rendiment. Tres articles revisats per parells es van publicar sobre la investigació de la fusió un any després.

Normalment, la gent pot sentir parlar de l’energia nuclear en termes de centrals nuclears de fissió, incloses referències als seus accidents: Fukushima i Txernòbil, per exemple. Després, hi ha el problema dels residus radioactius. On s’enterra, està contingut correctament, quant de temps és radioactiu, quant costa gestionar els residus, etc. La fusió nuclear no té aquests problemes, però encara no s’ha desenvolupat completament. En conseqüència, la gent en general pot no saber molt sobre això i el confonen amb les centrals elèctriques de fissió.

Per oferir una mica de claredat i coneixements sobre l’energia de fusió i el seu potencial, va ser un privilegi entrevistar el Dr. Pravesh Patel, un dels investigadors de la National Ignition Facility que va treballar en el projecte amb els resultats de la fita. Ara és el director científic de Energia enfocada a Austin, Texas.

Què és la ignició per fusió en un laboratori i per què és important?

Crèdit d’imatge: Dr. Pravesh Patel, Focused Energy

La fusió és la font d’energia que alimenta el sol i les estrelles. Les estrelles es componen majoritàriament d’hidrogen, l’element més lleuger. Sota les enormes pressions i temperatures dins d’una estrella, els nuclis d’hidrogen xoquen i formen heli, alliberant una gran quantitat d’energia en el procés. La ignició per fusió en un laboratori està essencialment intentant replicar aquestes condicions a la terra, de manera que puguem tenir una font inesgotable i segura d’energia neta.

Quina és la mesura d’1,3 megajoules i com es relaciona amb mètriques amb les quals la gent habitual està més familiaritzada, com ara els quilowatts i els gigawatts?

1,3 megajoules és la quantitat d’energia que es va generar en l’exitós experiment d’encesa de l’estiu passat a la National Ignition Facility del Lawrence Livermore National Laboratory. Això és igual a 0,36 quilowatts-hora.

Quan utilitzeu raigs làser i un objectiu, quin és el procés que us permet generar una gran quantitat d’energia?

L’enfocament en què està treballant Focused Energy s’anomena energia de fusió inercial o IFE. Essencialment, és una manera d’utilitzar raigs làser d’alta potència per comprimir i escalfar una petita quantitat de combustible de deuteri i triti a les densitats i temperatures necessàries per a la fusió. En primer lloc, un conjunt de làsers està dirigit a una càpsula esfèrica que conté el combustible, comprimint-lo a una densitat extremadament alta. A continuació, s’utilitza un segon conjunt de làsers per produir un feix intens d’ions que se centren en una petita part del combustible, escalfant-lo a una temperatura elevada i provocant una ignició. L’energia alliberada per les reaccions de fusió s’estén i escalfa el combustible restant, alliberant encara més energia.

Com es pot convertir aquesta energia en electricitat que la gent pot utilitzar per a aplicacions quotidianes, com ara una central elèctrica?

En una central elèctrica de fusió, l’energia alliberada de la fusió convertiria l’aigua en vapor per impulsar turbines que generen electricitat. Les altes temperatures de què és capaç la fusió també es poden utilitzar per a aplicacions de calor industrial.

Quan vau treballar al Lawrence Livermore National Laboratory, quins van ser alguns dels vostres èxits en la investigació de la fusió i quina feina esteu fent a Focused Energy?

Vaig passar més de 20 anys al Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) del Departament d’Energia dels Estats Units, treballant com a líder del grup de física làser-plasma d’alta intensitat i líder del programa associat al programa de ciències de l’energia de fusió. Fa uns vuit anys, em vaig convertir en líder d’elements del programa del programa de fusió de confinament inercial (ICF). Això va implicar liderar diversos grups en teoria, simulacions i anàlisi en la campanya per aconseguir l’encesa a la National Ignition Facility (NIF), el làser més gran i energètic del món. L’any passat, el nostre equip va aconseguir demostrar, per primera vegada, l’encesa controlada per fusió en un laboratori: un assoliment científic innovador per a l’energia de fusió.

Amb l’experiment d’encesa per fusió controlada sota el nostre cinturó, continuo el meu treball sobre la fusió inercial a Focused Energy com a director científic, treballant al costat d’un equip d’algunes de les ments més brillants del camp. Tenim l’objectiu de demostrar la viabilitat del nostre procés amb la nostra pròpia instal·lació d’encesa per al 2030. També estem construint un sistema làser a la Universitat de Texas a Austin i instal·lacions de proves/objectius experimentals a Darmstadt, Alemanya.

Quines tecnologies esteu desenvolupant a Focused Energy i quan podrien estar disponibles per al seu ús?

De cara al futur, pretenem augmentar la producció d’energia de l’experiment de l’any passat moltes vegades mitjançant un esquema d’encesa avançat capaç d’obtenir un gran guany d’energia. Per aconseguir-ho, hem desenvolupat tecnologies com ara amplificadors làser, robots de posicionament d’objectius i nous diagnòstics per als experiments. El laboratori d’objectius de Darmstadt també està produint objectius.

Quins seran els teus clients?

La fusió basada en làser no només és un recurs d’energia neta bàsicament inesgotable, a través del qual els nostres clients seran els serveis elèctrics o qualsevol persona que subministre o utilitzi energia, sinó que, al llarg del camí, hi ha potencial perquè la nostra tecnologia sigui realment útil en altres indústries. Això implica el desenvolupament de fonts de radiació impulsades per làser (LDRS) a curt termini per resoldre problemes d’inspecció crítics en els sectors de seguretat nacional, marítim i d’infraestructures.

En contrast amb els raigs X, que només veuen àtoms pesats (com el calci als ossos), els neutrons generats pel LDRS de Focused Energy tenen la capacitat de veure fissures creades per l’hidrogen a l’acer, àtoms de carboni en diversos tipus de polímers i explosius de nitrogen. tot sense obrir ni danyar l’article. És una oportunitat per augmentar la producció i reduir costos, així com ajudar a desenvolupar capacitats analítiques, d’enginyeria i de fiabilitat dels materials.

Què tan segura és l’energia de fusió nuclear en comparació amb les antigues centrals elèctriques dels reactors de fissió?

Tot i que la fissió i la fusió són tots dos processos nuclears que converteixen la massa en energia, funcionen amb principis científics fonamentalment diferents. La fissió és la divisió d’elements pesants, com l’urani, mentre que la fusió és la fusió d’elements lleugers, com l’hidrogen. Les reaccions de fissió es produeixen amb força facilitat i s’amplifiquen mitjançant una reacció en cadena. Els reactors de fissió han de controlar activament aquesta velocitat de reacció per evitar una reacció en cadena incontrolada i descontrolada. En canvi, la fusió només es pot produir en un plasma contingut a alta temperatura i pressió. És inherentment segur davant d’una pèrdua de contenció perquè les reaccions s’aturarien automàticament.

Un altre problema amb la fissió és que produeix residus radioactius de llarga vida que s’han d’emmagatzemar o eliminar de manera segura. La fusió nuclear no té cap d’aquestes consideracions, però encara pateix la reputació de la fissió, que és el que molts pensen quan senten “energia nuclear”. Tot i que encara no estem allà amb la fusió, ha de sortir de l’ombra de la fissió en l’opinió popular a mesura que avança la tecnologia.

Quin paper veus que juga l’energia de fusió nuclear a mesura que el món s’allunya dels combustibles fòssils cap a energies netes i renovables?

La fusió nuclear s’ha considerat durant molt de temps com el “Sant Grial” de l’energia neta. Un cop aconseguit a escala comercial, té la capacitat de donar suport a les renovables com l’eòlica i la solar, omplint el buit d’energia neta, i de fet podrà substituir tant els combustibles fòssils com l’energia de fissió.

 

Valoreu l’originalitat i la cobertura de notícies de CleanTechnica? Considereu convertir-vos en a Membre, simpatitzant, tècnic o ambaixador de CleanTechnica — o un mecenes Patreon.


No us voleu perdre una història de tecnologia neta? Inscriu-te actualitzacions diàries de notícies de CleanTechnica al correu electrònic. O seguiu-nos a Google News!


Tens un consell per a CleanTechnica, vols anunciar-te o vols suggerir un convidat per al nostre podcast CleanTech Talk? Contacta amb nosaltres aquí.


Anunci