AZoCleantech haastattelee tohtori Joe Milnesia, UK Atomic Energy Authorityn (UKAEA) JET-operaatioiden johtajaa, tiiminsä ennätyskokeesta, joka auttaa nopeuttamaan rajattoman, puhtaan energian tulevaisuus.
Mikä Joint European Torus (JET) -laboratorio on ja mitä keskeistä tutkimusta siinä tehdään?
JET on maailman suurin ja tehokkain toimiva tokamak-kone, ja sitä käyttää UK Atomic Energiaviranomainen (UKAEA) Oxfordissa. Se on eurooppalaisen fuusiotutkimusohjelman EUROfusion keskipiste, ja se on tällä hetkellä ainoa tokamak, joka pystyy käyttämään deuteriumia ja tritiumia – polttoaineita, joita käytetään ensimmäisissä kaupallisissa fuusiovoimaloissa.
JET on yksi fuusioenergian tutkimuksen historian tärkeimmistä koneista. Olemme äärimmäisen ylpeitä saadessamme käyttää sitä täällä Oxfordissa EUROfusion-konsortion puolesta viimeisen neljän vuosikymmenen aikana. Sen pitkäikäisyys ja menestykset ovat antaneet meille mahdollisuuden murtaa monia esteitä tehtävässämme muuttaa tämä lopullinen tieteellinen kokeilu kestäväksi kaupalliseksi voimaksi.
JET-sisustus päällekkäisellä plasmalla. Kuvan luotto: UKAEA/EUROfusion
JET on osoitus alkuperäisen suunnittelutiimin ja tieteellisten ja operatiivisten ryhmien kekseliäisyydestä, jotka ovat päivittäneet ja parantaneet konetta niin monta kertaa varmistaakseen, että se on edelleen maailman johtava laite – jopa neljän vuosikymmenen käytön jälkeen.
JET 100K pulssi ja historia. Videon luotto: UKAEA/EUROfusion
Mitä tekniikkaa laitoksella käytetään tällä hetkellä?
Fuusiopolttoaineet – deuterium ja tritium, vedyn kaksi isotooppia – ruiskutetaan tyhjiöastiaan. Polttoaine kuumennetaan noin 150 miljoonaan celsiusasteeseen ja muuttuu kaasusta plasmaksi.
Plasman ohjaamiseen käytetään renkaan muotoista tyhjiöastiaa, joka pitää sen poissa kammion seinistä tehokkaiden magneettien avulla. Plasman poistojärjestelmät poistavat fuusiossa tuotetun heliumin kammiosta, ja yli 100 diagnostiikkajärjestelmää valvoo keskeisiä ominaisuuksia, kuten plasman tiheyttä, lämpötilaa, epäpuhtauksia ja monia muita.
JET Torus Hall. Kuvan luotto: UKAEA/EUROfusion
Lämmitysjärjestelmiin kuuluu keskussolenoidikäämin käyttö sähkövirtojen ohjaamiseen plasmassa jopa 4 miljoonaan ampeeriin, sekä suurienergiset hiukkassäteet ja radioaallot plasman lisälämmittämiseksi. Kaiken tämän saavuttamiseksi tarvitaan huipputeknologiaa tyhjiöjärjestelmissä, lämmönsiirrossa, kryogeniikassa, robotiikassa, lasereissa, ohjauksessa, suuritehoisessa laskennassa ja monissa muissa.
Nämä virstanpylvästulokset ovat todisteita siitä, että Yhdistyneessä kuningaskunnassa ja kumppaneidemme kanssa ympäri Eurooppaa tehtävä uraauurtava tutkimus ja innovaatio tekevät fuusiovoimasta todellisuutta.
Voitko selittää, mitä fuusio on ja miten aloitit tutkimuksesi?
Fuusioenergialla on ratkaiseva merkitys ilmastonmuutoksen torjunnassa turvallisen, kestävän, tehokkaan ja vähähiilisen energiahuollon kautta. Sillä on potentiaalia toimittaa vihreää energiaa tuleville sukupolville.
Kuvan luotto: UKAEA/EUROfusion
Fuusio tapahtuu tähtien, kuten aurinkomme, sydämessä, ja se tarjoaa voimaa, joka ohjaa maailmankaikkeutta. Tämän prosessin luomiseksi uudelleen maan päällä käytämme vetykaasujen, deuteriumin ja tritiumin yhdistelmää, jotka kuumennetaan erittäin korkeisiin lämpötiloihin plasman luomiseksi (tämä on "helppoin" saavuttaa fuusioreaktio). Energiaa vapautuu, kun deuterium- ja tritiumatomit sulautuvat yhteen muodostaen heliumatomin ja neutronin.
Culham on ollut merkittävä kansainvälinen fuusiotutkimuskeskus 1960-luvulta lähtien.
JET nousi ensimmäisen kerran otsikoihin ympäri maailmaa vuonna 1991, jolloin siitä tuli ensimmäinen kone, joka saavutti hallitun fuusion. Se saavutti plasmasta tuotetun tehon maailmanennätyksen vuonna 1997, ja sen jalostusta on jatkettu tasoittaakseen tietä kansainväliselle seuraajalleen, ITERille.
Voitko selittää tiimisi suorittaman kokeen ja sen, mitä tavoittelitte?
JET DTE2 on merkittävin magneettinen fuusioenergiakoe maailmanlaajuisesti yli vuoden 20 vuotta. Päätimme tuottaa korkeaa ja jatkuvaa fuusioenergiaa olosuhteissa, jotka muistuttavat odotettuja voimalaitossuunnitelmia kuin aikaisemmat yritykset, käyttämällä polttoaineita – deuteriumia ja tritiumia – joiden odotetaan toimivan tulevissa kaupallisissa voimalaitoksissa.
Kokeen yleistavoitteet olivat:
Mitä tärkeimpiä tuloksia kokeesta saatiin?
Nykyiset kokeet osoittavat, että voimme tuottaa korkeita fuusioenergian tasoja viiden sekunnin ajan. Vaikka viisi sekuntia ei selvästikään riitä voimalaitokselle, tämä lisää merkittävästi luottamustamme siihen, että tämä suorituskyky on mahdollista paljon pidemmällä aikavälillä laitteissa, jotka hyödyntävät viimeaikaista teknologian kehitystä (kuten suprajohtavia magneetteja).
JET tuotti yhteensä 59 megajoulea lämpöenergiaa fuusiosta viiden sekunnin aikana (fuusiokokeen kesto). Tämän kokeen aikana JET:n keskimääräinen fuusioteho (eli energia sekunnissa) oli yli 10 megawattia (Megajoulea sekunnissa).
JETin maailmanennätyspulssi. Videon luotto: UKAEA/EUROfusion
Mikä auttoi tiimiäsi päihittämään oman fuusiotehoennätyksen?
Tuhannet tutkijat, insinöörit, opiskelijat ja henkilökunta eri puolilta Eurooppaa työskentelivät yhdessä yli kaksinkertaistaakseen aiemman fuusiokokeiluennätyksen vuonna 1997 UKAEA:n toimipaikalla Oxfordshiressä.
JET:n vuonna 1997 saavuttama energiaennätys oli 22 megajoulea lämpöenergiaa. Sieltä siirtyminen nykyisiin tuloksiin on ollut todellinen haaste. Tämä JET-tulos on erityisen huomionarvoinen, koska kokosimme yhteen kaikki tarvittavat ainesosat – polttoaineseoksen, asiaankuuluvammat seinämateriaalit ja ITERin kannalta merkitykselliset skenaariot – maailman ensimmäistä kestävää D-T-plasmaa, jolla on korkea energiateho.
Erityisesti uudet seinämateriaalit vaativat tutkijoilta uskomatonta ponnistelua oppiakseen hallitsemaan niiden aiheuttamaa lisääntynyttä epäpuhtaushaastetta. Lisäksi insinöörit tekivät kokeita edeltävinä vuosina valtavasti työtä järjestelmien päivittämiseen valmistautuakseen tritiumin käyttöön ja maksimoidakseen koneen diagnostiikan määrän – tuloksena on ollut valtava määrä tieteellistä tietoa. joka auttaa ITERiä ja koko fuusioyhteisöä.
Käytännön ydinfuusion kehittämisessä on tehty merkittävä läpimurto. Mitä tämä tarkoittaa vähähiilisen energian tulevaisuuden kannalta?
Nämä merkittävät tulokset ovat vieneet meidät valtavan askeleen lähemmäksi yhtä suurimmista tieteellisistä ja teknisistä haasteista. Se on palkinto yli 20 vuoden tutkimuksesta ja kokeiluista kumppaneidemme kanssa eri puolilta Eurooppaa.
Fuusio lupaa viime kädessä lähes rajattoman vihreän sähkön lähteen pitkällä aikavälillä, jossa käytetään pieniä määriä polttoainetta, jota voidaan hankkia maailmanlaajuisesti ja joka on luonnostaan turvallinen, koska se ei voi käynnistää pakoprosessia.
Kun paineet kasvavat ilmastonmuutoksen vaikutuksiin vähentämällä hiilidioksidipäästöjä, tämä menestys on suuri askel eteenpäin fuusiosuunnitelmassa turvallisena, tehokkaana ja vähähiilisenä keinona ratkaista globaali energiakriisi.
Mitkä ovat ydinenergian nykyiset rajoitukset ja kuinka tämä tutkimus voisi osoittautua ratkaisevan tärkeäksi sen tulevaisuuden mullistamisessa?
Fuusio voidaan tehdä ja on tehty JET:ssä . Fuusiosähkön liittäminen verkkoon ja sen tekeminen taloudellisesti ja luotettavasti vaatii kuitenkin teknisiä ratkaisuja useisiin suuriin haasteisiin:
UKAEA tekee huipputyötä (Ison-Britannian teollisen toimitusketjun kanssa) kaikilla näillä alueilla MRF-, MAST-U-, RACE-, FTF- ja H3AT-tilojensa kautta (katso Q11).
Aiheeseen liittyvät tarinat
Kuvan luotto: UKAEA/EUROfusion
Oletko kohdannut haasteita tutkimuksesi aikana ja miten ne selvitettiin tai tullaan voittamaan?
Tämä oli erittäin haastava kampanja, ja se vei meidät oikein loppuun ennen kuin pääsimme tähän ennätyssuoritukseen.
Yleiseurooppalaisen kokeen suorittaminen EUROfusionin 30 jäsenen tutkijoiden kanssa pandemian keskellä vaati hieman sopeutumista – normaalisti kaikki voivat olla paikalla paikan päällä, mutta tällä kertaa meidän piti opetella tekemään paljon etänä.
Teknisellä puolella oli haaste käyttää kaikkia JET-järjestelmiä samanaikaisesti maksimaalisella suorituskyvyllä, jota tarvitsimme huipputason plasmasuorituskykyyn, mutta lopulta pääsimme siihen.
Missä näet fuusiovoimaa seuraavan 10–20 vuoden aikana?
Odotan näkeväni fuusiovoimaa sähköverkossa koko elinaikanani ja kaikkien UKAEA on sitoutunut nopeuttamaan polkua tähän pisteeseen mahdollisimman paljon. Saavutetaanpa tämä virstanpylväs seuraavien 10, 20 tai 30 vuoden aikana, satojen fuusiovoimaloiden käyttöönottaminen tämän saavutuksen takaa vie enemmän aikaa, kuten minkä tahansa uuden energiantuotantotekniikan kanssa. Mutta on selvää, että fuusio on yksi harvoista vaihtoehdoista suurten määrien jatkuvan, hiilettömän sähkön syöttämiseksi verkkoon 2000-luvun toisella puoliskolla ja tuhansia vuosia sen jälkeen. , joten on tärkeää, että kehitämme sitä muiden kestävien energialähteiden rinnalla.
Mitkä ovat hankkeen seuraavat vaiheet?
Seuraavien parin vuoden ajan analysoimme kaikkea tästä kokeellisesta kampanjasta saatua dataa ja julkaisemalla niitä tieteellisessä kirjallisuudessa. Tämä johtaa epäilemättä jatkokokeisiin JET:ssä ja muissa EUROfusionin ohjaamissa eurooppalaisissa fuusiolaitteissa.
Näiden kokeiden ennätys ja tieteellinen data ovat suuri sysäys ITERille, JET:n suuremmalle ja edistyneemmälle versiolle. ITER on Ranskassa sijaitseva fuusiotutkimuksen megaprojekti. Se osoittaa lisäksi fuusioenergian tieteellisen ja teknisen toteutettavuuden.
Nämä tulokset antavat suurta luottamusta kokeiden seuraavaan vaiheeseen ITERissä ja tulevissa demonstraatiolaitoksissa, kuten Yhdistyneen kuningaskunnan STEP-ohjelmassa, EU:n DEMOssa ja useissa muissa julkisissa ja yksityisissä hankkeissa, joita suunnitellaan sähkön saattamiseksi verkkoon.
UKAEA:n muilla kokeilla ja laitoksilla on myös tärkeä rooli fuusioenergian saamisessa verkkoon. Näitä ovat:
Haastattelu Joe Milnesin kanssa. Videon luotto: UKAEA/EUROfusion
Mistä lukijat voivat löytää lisätietoja?
https://ccfe.ukaea.uk/
Linkki lehdistötilaisuuteen: https://www.youtube.com/watch?v=H99hvPlC4is
Tietoja tohtori Joe Milnesistä
Liityin UKAEA:han valmistuneena vuonna 2000. Olen taustallani koneenrakennuksen ja lämpöhydraulisen mallinnuksen alalta. UKAEA:ssa urani aikana olen toiminut erilaisissa suunnittelu- ja johtotehtävissä JET:ssä, MAST-U:ssa ja ITERissä. Nykyisen tehtäväni JET-operaatioiden johtajana lisäksi johdan muiden fuusiolaitosten arviointeja tai neuvon niitä eri puolilla maailmaa.
Vastuuvapauslauseke: Tässä esitetyt näkemykset ovat haastateltavan näkemyksiä, eivätkä välttämättä edusta AZoM.com Limited (T/A) AZoNetworkin, tämän verkkosivuston omistajan ja ylläpitäjän näkemyksiä. Tämä vastuuvapauslauseke on osa tämän verkkosivuston käyttöehtoja.
