AZoCleantech интервюира д-р Джо Милнс, ръководител на операциите на JET, Агенцията за атомна енергия на Обединеното кралство (UKAEA), относно рекордния експеримент на неговия екип, който помага за ускоряване на бъдеще на неограничена, чиста енергия.
Какво представлява лабораторията Joint European Torus (JET) и какви ключови изследвания се извършват в нея?
JET е най-голямата и най-мощна действаща машина за токамак в света и се управлява от UK Atomic Енергиен орган (UKAEA) в Оксфорд. Това е централната точка на Европейската програма за изследване на термоядрения синтез, EUROfusion, и в момента е единственият токамак, способен да използва деутерий и тритий – горивата, които ще се използват в първите комерсиални електроцентрали за термоядрен синтез.
JET е една от най-важните машини в историята на изследванията на термоядрената енергия. Ние сме изключително горди, че го управлявахме тук, в Оксфорд, от името на консорциума EUROfusion през последните четири десетилетия. Неговото дълголетие и успехи ни позволиха да преодолеем много бариери пред нашата мисия да превърнем този върховен научен експеримент в устойчива търговска сила.
Вътрешността на JET с насложена плазма. Кредит за изображение: UKAEA/EUROfusion
JET е доказателство за изобретателността на първоначалния дизайнерски екип и научните и оперативни екипи, които са надграждали и подобрявали машината толкова много пъти, за да гарантират, че тя продължава да бъде най-доброто устройство в света – дори след четири десетилетия работа.
JET 100K импулс и история. Видео кредит: UKAEA/EUROfusion
Каква технология се използва в момента в съоръжението?
Тядрените горива – деутерий и тритий, два изотопа на водорода – се инжектират във вакуумен съд. Горивото се нагрява до около 150 милиона градуса по Целзий и се превръща от газ в плазма.
Използва се пръстеновиден вакуумен съд за контролиране на плазмата, като я държи далеч от стените на камерата с помощта на мощни магнити. Плазмените изпускателни системи отстраняват получения от термоядрен синтез хелий от камерата и над 100 диагностични системи наблюдават ключови свойства, включително плътност на плазмата, температура, примеси и много други.
JET Torus Hall. Кредит за изображение: UKAEA/EUROfusion
Отоплителните системи включват използването на централна соленоидна намотка за задвижване на електрически токове в плазмата до 4 милиона ампера, както и лъчи от високоенергийни частици и радиовълни за осигуряване на спомагателно нагряване на плазмата. За да се постигне всичко това, са необходими най-съвременни технологии във вакуумни системи, пренос на топлина, криогеника, роботика, лазери, контрол, изчисления с висока мощност и много други.
Тези крайъгълни резултати са доказателство, че новаторските изследвания и иновации, извършвани тук в Обединеното кралство, с нашите партньори в цяла Европа, превръщат термоядрената енергия в реалност.
Можете ли да обясните какво представлява термоядреният синтез и как започнахте вашето изследване?
Тядрената енергия е от решаващо значение за справяне с изменението на климата чрез безопасно, устойчиво, ефективно и нисковъглеродно енергийно снабдяване. Има потенциала да доставя зелена енергия за бъдещите поколения.
Кредит за изображение: UKAEA/EUROfusion
Ядреният синтез се извършва в сърцето на звездите, като нашето слънце, и осигурява силата, която движи Вселената. За да пресъздадем този процес на Земята, ние използваме комбинация от водородни газове, деутерий и тритий, които се нагряват до много високи температури, за да се създаде плазма (това е „най-лесната“ реакция на синтез за постигане). Енергията се освобождава, когато атомите на деутерий и тритий се слеят, за да образуват атом хелий и неутрон.
Culham е основен международен изследователски център за синтез от 1960 г.
JET направи заглавия по целия свят през 1991 г., когато стана първата машина, постигнала контролиран термоядрен синтез. Той постави световен рекорд за мощност, произведена от плазма през 1997 г. и продължи да се усъвършенства, за да проправи пътя за своя международен наследник ITER.
Моля, можете ли да обясните експеримента, който вашият екип проведе, и какво си поставихте за цел да постигнете?
JET DTE2 е най-значимият експеримент с енергия от магнитен синтез в света в над 20 години. Ние се заехме да произвеждаме високи и устойчиви нива на термоядрена енергия, в условия, по-сходни с очакваните проекти на електроцентрали, отколкото предишни опити, използвайки горива – деутерий и тритий – които се очаква да захранват бъдещи търговски електроцентрали.
Общите цели на експеримента бяха:
Какви ключови заключения излязоха от експеримента?
Настоящите експерименти показват, че можем да произведем високи нива на термоядрена енергия, поддържана за период от пет секунди. Въпреки че пет секунди очевидно не са достатъчни за една електроцентрала, това значително увеличава нашата увереност, че тази производителност ще бъде възможна за много по-дълги времеви мащаби в устройства, които ще използват последните разработки на технологиите (като свръхпроводящи магнити).
JET произведе общо 59 мегаджаула топлинна енергия от синтез за период от пет секунди (продължителността на експеримента за синтез). По време на този експеримент JET осредни мощност на синтез (т.е. енергия за секунда) от над 10 мегавата (мегаджаула за секунда).
Пулс на световен рекорд на JET. Видео кредит: UKAEA/EUROfusion
Какво позволи на екипа ви да победи собствения ви рекорд за мощност на термоядрения синтез?
Хиляди учени, инженери, студенти и персонал от цяла Европа работиха заедно, за да удвоят повече от два пъти предишния постигнат рекорд за експеримент с термоядрен синтез през 1997 г. в обекта на UKAEA в Оксфордшир.
Енергийният рекорд, постигнат от JET през 1997 г., беше 22 мегаджаула топлинна енергия. Преминаването оттам до настоящите резултати беше истинско предизвикателство. Този резултат от JET е особено забележителен, защото събрахме всички необходими съставки – горивна смес, по-подходящи материали за стени и подходящи сценарии за ITER – за първата в света устойчива D-T плазма с висока енергийна мощност.
По-специално новите материали за стени изискваха невероятни усилия от страна на учените, за да се научат как да управляват повишеното предизвикателство, свързано с примесите, което представляваха. Освен това, в годините, предшестващи експериментите, инженерите положиха огромно количество работа в надграждането на системите, за да се подготвят за използването на тритий и да увеличат максимално броя на диагностиката на машината – резултатът беше огромно количество научни данни което ще подпомогне ITER и цялата термоядрена общност.
Беше направен значителен пробив в разработването на практически ядрен синтез. Какво означава това за бъдещето на нисковъглеродната енергия?
Тези забележителни резултати ни направиха огромна стъпка по-близо до преодоляването на едно от най-големите научни и инженерни предизвикателства от всички тях. Това е награда за над 20 години изследвания и експерименти с нашите партньори от цяла Европа.
В крайна сметка термоядреният синтез обещава почти неограничен източник на зелена електроенергия в дългосрочен план, използвайки малки количества гориво, което може да се доставя в световен мащаб и е по своята същност безопасно, тъй като не може да започне процес на изтичане.
Тъй като натискът за справяне с последиците от изменението на климата чрез декарбонизиране на производството на енергия нараства, този успех е важна стъпка напред в пътната карта на термоядрения синтез като безопасно, ефикасно, нисковъглеродно средство за справяне с глобалната енергийна криза.
Какви са настоящите ограничения в ядрената енергия и как това изследване може да се окаже решаващо за революционизирането на нейното бъдеще?
Ядреният синтез може да бъде направен и е бил направен на JET . За да се постави термоядрено електричество в мрежата обаче и да се направи това икономично и надеждно, са необходими технологични решения за няколко основни предизвикателства:
UKAEA предприема авангардна работа (с индустриалната верига за доставки на Обединеното кралство) във всички тези области чрез своите съоръжения MRF, MAST-U, RACE, FTF и H3AT (виж Q11).
Свързани истории
Изображение: UKAEA/EUROfusion
Сблъсквали ли сте се с някакви предизвикателства по време на вашето проучване и как бяха или ще бъдат преодолени те?
Това беше изключително предизвикателна кампания и ни отведе точно до края, преди да успеем да достигнем това рекордно представяне.
Провеждането на паневропейски експеримент с участващи учени от 30-те членове на EUROfusion в средата на пандемия отне известно приспособяване – обикновено всеки може да присъства на място, но този път трябваше да се научим как да правим много от разстояние.
От техническа гледна точка беше предизвикателство да работим едновременно с максимална производителност на всички системи JET, което ни беше необходимо за най-добра плазмена производителност, но в крайна сметка успяхме.
Къде виждате термоядрена енергия през следващите 10-20 години?
Очаквам да видя термоядрена енергия в електрическата мрежа през живота си и всички в UKAEA се ангажира да ускори възможно най-много пътя до тази точка. Независимо дали този крайъгълен камък ще бъде постигнат през следващите 10, 20 или 30 години, пускането на стотици термоядрени електроцентрали след това постижение ще отнеме повече време, както се случва с всяка нова технология за производство на енергия. Но е ясно, че термоядреният синтез предоставя една от малкото възможности за доставяне на големи количества непрекъсната енергия без въглерод към мрежата през втората половина на 21ви век и за хиляди години след това , така че е от съществено значение да го развиваме заедно с други устойчиви енергийни източници.
Какви са следващите стъпки за проекта?
През следващите няколко години ще анализираме всички данни, произлезли от тази експериментална кампания и публикуването им в научна литература. Това без съмнение ще доведе до последващи експерименти в JET и в други европейски термоядрени устройства, контролирани от EUROfusion.
Записите и научните данни от тези експерименти са основен тласък за ITER, по-голямата и по-усъвършенствана версия на JET. ITER е мегапроект за изследване на термоядрен синтез, базиран във Франция. Той допълнително демонстрира научната и технологична осъществимост на термоядрената енергия.
Тези резултати осигуряват голяма увереност за следващия етап от експериментите в ITER и бъдещи демонстрационни инсталации, като програмата STEP на Обединеното кралство, DEMO на ЕС и няколко други публични и частни проекта, които са предназначени да пуснат електричество в мрежата.
Другите експерименти и съоръжения на UKAEA също ще играят жизненоважна роля за получаване на термоядрена енергия в мрежата. Те включват:
Интервю с Джо Милнс. Видео кредит: UKAEA/EUROfusion
Къде читателите могат да намерят повече информация?
https://ccfe.ukaea.uk/
Линк към пресконференцията: https://www.youtube.com/watch?v=H99hvPlC4is
За д-р Джо Милнс
Присъединих се към UKAEA като завършил през 2000 г. Моят опит е в областта на машинното инженерство и термично-хидравлично моделиране. По време на кариерата си в UKAEA съм заемал различни инженерни и управленски длъжности в JET, MAST-U и ITER. Освен сегашната ми роля като ръководител на операциите на JET, аз ръководя или съветвам прегледи на други съоръжения за термоядрен синтез по целия свят.
Отказ от отговорност: Мненията, изразени тук, са тези на интервюирания и не представляват непременно вижданията на AZoM.com Limited (T/A) AZoNetwork, собственик и оператор на този уебсайт. Този отказ от отговорност е част от Правилата и условията за използване на този уебсайт.
