Εργασία που πραγματοποιήθηκε στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντών SLAC του Υπουργείου Ενέργειας έχει αποκαλύψει νέα δεδομένα σχετικά με τον σχεδιασμό στόχων καυσίμου σύντηξης, ένα θεμελιώδες μέρος του μέλλοντος της αδρανειακής ενέργειας σύντηξης (IFE).
Αλλαγές στην κάψουλα του καυσίμου
Η έρευνα, που δημοσιεύτηκε στο Physics of Plasmas, επικεντρώθηκε στο πώς μια πολλά υποσχόμενη κατηγορία καψουλών καυσίμου - αφροί τρισδιάστατης εκτύπωσης - λειτουργεί υπό ακραίες συνθήκες. Σε μια αντίδραση IFE, μια κάψουλα καυσίμου στο μέγεθος ενός μπιζελιού υποβάλλεται σε ισχυρά λέιζερ που προκαλούν μια έκρηξη, συντήκοντας άτομα για να απελευθερώσουν ενέργεια.
Ωστόσο, πριν αυτή η τεχνολογία ενσωματωθεί στο ηλεκτρικό δίκτυο, οι επιστήμονες πρέπει να τελειοποιήσουν τους στόχους καυσίμου. Αυτοί οι σύνθετοι κύλινδροι πρέπει να περιέχουν καύσιμο δευτέριο και τρίτιο και να αντέχουν σε θερμότητα θερμότερη από τον Ήλιο και πίεση μεγαλύτερη από το εσωτερικό ενός πλανήτη. Επιπλέον, πρέπει να συμπιέζονται συμμετρικά χωρίς ελαττώματα και να είναι εύκολο να παραχθούν μαζικά.
«Στο SLAC, εφευρίσκουμε νέους τρόπους για να μελετήσουμε αυτούς τους στόχους καυσίμου σύντηξης και την πιθανή συμπεριφορά τους υπό τις ακραίες συνθήκες ενός σταθμού παραγωγής ενέργειας από σύντηξη», δήλωσε η Arianna Gleason, επιστήμονας στο SLAC.
Τέσσερις βασικές μελέτες διερευνούν διαφορετικές προκλήσεις
Οι τέσσερις μελέτες χρησιμοποίησαν την Linac Coherent Light Source (LCLS) της SLAC για να διερευνήσουν διαφορετικές προκλήσεις στο σχεδιασμό στόχων.
Μία μελέτη, με επικεφαλής την υποψήφια διδάκτορα Willow Martin, επικεντρώθηκε στη μέτρηση της θερμοκρασίας. Η ομάδα χρησιμοποίησε έναν συνδυασμό φασματοσκοπίας και τεχνικών σκέδασης για να καταγράψει μετρήσεις θερμοκρασίας με χρονική σήμανση, παρατηρώντας πώς τα δείγματα άνθρακα εξελίχθηκαν από στερεό σε πλάσμα. Αυτό βοήθησε στη διάκριση του πόση ενέργεια θερμαίνει το υλικό έναντι της συμπίεσής του.
Μια άλλη μελέτη, με επικεφαλής την μεταπτυχιακή φοιτήτρια Claudia Parisuaña Barranca, απεικόνισε πώς τα κρουστικά κύματα ταξιδεύουν μέσα από τρισδιάστατα εκτυπωμένους αφρούς TPP (πολυμερισμός δύο φωτονίων). Συγκρίνοντας αυτά με συμβατικά αερογέλες, η ομάδα συγκέντρωσε δεδομένα για να επικυρώσει μοντέλα προσομοίωσης που χρησιμοποιούνται για την πρόβλεψη της απόδοσης του στόχου.
Σε μια ξεχωριστή μελέτη, ο προπτυχιακός φοιτητής Levi Hancock χρησιμοποίησε την πτυχοτομογραφία για να απεικονίσει έναν μόνο πυλώνα αφρού TPP πλάτους μόλις 10 μικρών. Παρά την πρόκληση της εργασίας με υλικά χαμηλής πυκνότητας, η ομάδα δημιούργησε με επιτυχία λεπτομερείς δισδιάστατες και τρισδιάστατες εικόνες για να βοηθήσει στον σχεδιασμό υλικών.
Τέλος, ο μεταπτυχιακός φοιτητής Daniel Hodge επικεντρώθηκε σε μικροσκοπικές ατέλειες, ή «κενά», σε κελύφη κάψουλας που μπορούν να μειώσουν την ενεργειακή απόδοση. Η ομάδα του δημιούργησε σκόπιμα κενά και τα υπέβαλε σε κρουστικά κύματα με λέιζερ για να κατανοήσει πώς αυτές οι ατέλειες επηρεάζουν τη συμπίεση.
Προετοιμασία για μελλοντική έρευνα
Η έρευνα αποτελεί μέρος του προγράμματος IFE-STAR (Inertial Fusion Energy Science and Technology Accelerator Research) του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ. Σύμφωνα με τον Gleason, αυτές οι μελέτες σκιαγραφούν τα πειραματικά πλαίσια που είναι απαραίτητα για μελλοντικές μελέτες πυκνότητας, πίεσης και απεικόνισης.
«Είναι μια μεγάλη επιστημονική πρόκληση να γίνει η ενέργεια σύντηξης μια πραγματική, βιώσιμη πηγή ενέργειας», κατέληξε ο Martin.
«Η συμβολή σε μια τεχνολογία που θα μπορούσε να είναι τόσο επαναστατική για την ανθρώπινη κοινωνία αποτελεί ισχυρό κίνητρο».
Σχετική έρευνα σχετικά με τις κάψουλες διαμαντιού για πυρηνική σύντηξη
Σε μια άλλη εξέλιξη, το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο εντόπισε πώς οι κάψουλες διαμαντιού που χρησιμοποιούνται σε πειράματα πυρηνικής σύντηξης μπορούν να αναπτύξουν δομικά ελαττώματα υπό τις υψηλές πιέσεις που απαιτούνται για τη διαδικασία.
Τα ευρήματα μπορούν να βοηθήσουν στην καθοδήγηση βελτιωμένων σχεδίων και μοντέλων κάψουλας για την επίτευξη πιο ομοιόμορφων εσωτερικών δομών και, επομένως, στη μεγιστοποίηση της ενεργειακής απόδοσης των πειραμάτων σύντηξης.
Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης σχετικά με τους μηχανισμούς παραμόρφωσης μπορούν να συμβάλουν σε μια πιο ολοκληρωμένη κατανόηση όχι μόνο του διαμαντιού αλλά και των ομοιοπολικά συνδεδεμένων υλικών γενικότερα.
www.worldenergynews.gr
