UK's Fusion Energy Programme: konseptûntwerp foar de STEP Prototype Power plant ûntbleate 

UK syn fúzje enerzjy produksje oanpak naam foarm mei de oankundiging fan STEP (Spherical Tokamak foar Energy Production) programma yn 2019. De earste faze (2019-2024) is kommen ta in ein mei de frijlitting fan in konsept ûntwerp foar de yntegrearre fúzje prototype powerplant. It sil basearre wêze op it brûken fan magnetysk fjild foar it beheinen fan plasma mei tokamak-masine, lykwols sil STEP fan UK in sfearyske tokamak brûke ynstee fan tradisjonele donutfoarmige tokamak dy't brûkt wurdt by ITER. In sfearyske tokamak wurdt tocht om ferskate foardielen te hawwen. De plant wurdt boud yn Nottinghamshire en wurdt ferwachte te wêzen operasjoneel yn 'e iere 2040s.  

De needsaak foar in betroubere boarne fan skjinne enerzjy om te foldwaan oan 'e groeiende fraach nei enerzjy fan groeiende befolking en wrâldekonomy dy't fluch koe helpe om útdagings te foldwaan (steld troch útputlike fossile brânstoffen, koalstofútstjit en klimaatferoaring, miljeurisiko's ferbûn mei kearnspjaltingsreaktors, en earme skaalberens fan duorsume boarnen) is noch nea sa yntinsyf field as yn 'e hjoeddeiske tiid.  

Yn 'e natuer, kearnfúzje macht stjerren ynklusyf ús sinne dy't plakfine yn' e kearn fan 'e stjerren dêr't fúzje betingsten (dus ekstreem hege temperatuer yn it berik fan hûnderten miljoen graden Celsius en druk) hearskje. Mooglikheid om kontrolearre fúzjebetingsten op ierde te meitsjen is de kaai foar ûnbeheinde skjinne enerzjy. Dit omfetsje it bouwen fan in fúzjeomjouwing mei in heul hege temperatuer om botsingen mei hege enerzjy út te lokjen, dy't genôch plasma-tichtens hat om de kâns op botsingen te fergrutsjen en dat plasma kin beheine foar in genôch tiid om fúzje mooglik te meitsjen. Fansels is ynfrastruktuer en technology om superheat plasma te beheinen en te kontrolearjen de kaaieask foar kommersjele eksploitaasje fan fúzje-enerzjy. Ferskillende oanpakken wurde oer de hiele wrâld ûndersocht en tapast foar plasmabeheining foar kommersjele realisaasje fan fúzje-enerzjy.   

Inertial Confinement Fusion (ICF) 

Yn inertiale fúzje-oanpak wurde fúzjebetingsten makke troch rap komprimearjen en ferwaarmjen fan in lytse hoemannichte fúzjebrânstof. De National Ignition Facility (NIF) by Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) brûkt laser-oandreaune implosiontechnyk om kapsules fol mei deuterium-tritium brânstof te implodearjen mei laserstralen mei hege enerzjy. NIF berikte fúzje-ûntstekking earst yn desimber 2022. Ferfolgens waard fúzje-ûntstekking oantoand op trije gelegenheden yn 2023, wat bewiis-fan-konsept befêstige dat kontroleare kearnfúzje kin wurde eksploitearre om te foldwaan oan enerzjybehoeften.  

Magnetyske opsluting fan plasma-oanpak  

Gebrûk fan magneten om plasma te beheinen en te kontrolearjen foar fúzje wurdt op in protte plakken besocht. IITER, de meast ambisjeuze gearwurking fan fúzje-enerzjy fan 35-naasjes basearre yn St. Paul-lez-Durance yn Súd-Frankryk brûkt in ringtorus (as donut magnetysk apparaat) neamd tokamak dat is ûntworpen om fúzjebrânstof foar lange perioaden te beheinen by heech genôch temperatueren foar fúzje ûntstekking plakfine. In liedend plasma-opfangkonsept foar fúzjesintrales, tokamaks kinne fúzjereaksje trochgean salang't d'r plasmastabiliteit is. De tokamak fan ITER sil de grutste yn 'e wrâld wêze.   

UK's STEP (Spherical Tokamak for Energy Production) Fusion Program: 

Lykas ITER is it STEP-fúzjeprogramma fan Feriene Keninkryk basearre op magnetyske opsluting fan plasma mei tokamak. De tokamak fan STEP-programma sil lykwols sferysk foarmje (ynstee fan ITER's donutfoarmige). In sfearyske tokamak is kompakt, kosten effektyf en kin makliker te skaaljen wêze.  

STEP programma waard oankundige yn 2019. Syn earste faze (2019-2024) is kommen ta in ein mei de frijlitting fan in konsept ûntwerp foar de yntegrearre fúzje prototype powerplant.  

In tema-útjefte fan Philosophical Transactions A fan 'e Royal Society, mei de titel " Delivering Fusion Energy - The Spherical Tokamak for Energy Production (STEP) ", besteande út 15 peer-reviewed artikels, waard publisearre op 26 augustus 2024. Dizze artikels beskriuwe de technyske foarútgong fan it programma om de earste prototype-ynstallaasje fan it Feriene Keninkryk te ûntwerpen en te bouwen om elektrisiteit út fúzje te produsearjen. De artikels jouwe in folsleine snapshot fan it ûntwerp en sketse de nedige technologyen en har yntegraasje yn in prototype-ynstallaasje tsjin it begjin fan 'e jierren 2040.

It STEP-programma hat as doel om it paad te effen foar de kommersjele leefberens fan fúzje troch it demonstrearjen fan netto enerzjy, selsfoarsjennigens fan brânstof en in libbensfetbere rûte foar ûnderhâld fan planten. It nimt in holistyske oanpak foar it leverjen fan in folslein operasjonele prototypefabryk dy't ek ûntmanteling beskôget as ûnderdiel fan it ûntwerp. 

*** 

Referinsjes:  

1. UK Government. Parseberjocht - UK liedend de wrâld yn fúzje powerplant design. Publisearre 03. spetimber 2024. Beskikber by https://www.gov.uk/government/news/uk-leading-the-world-in-fusion-powerplant-design  

2. 'Fúzje-enerzjy leverje - De sferyske Tokamak foar enerzjyproduksje (STEP). De tematyske Royal Society-edysje fan Philosophical Transactions A,. Alle 15 peer-reviewed artikels yn it temanûmer publisearre op 26 augustus 2024. Beskikber op https://royalsocietypublishing.org/toc/rsta/2024/382/2280  

3. Britske ûndersikers litte in glimp sjen fan ûntwerpen foar nije fúzje-krêftsintrale. Wittenskip. 4 septimber 2024. DOI:  https://doi.org/10.1126/science.zvexp8a 

*** 

Related articles  

• Brown Dwarfs (BD's): James Webb-teleskoop identifisearret lytste objekt foarme op in stjerlike manier (5 jannewaris 2024) 

• 'Fusion Ignition' demonstrearre fjirde kear by Lawrence Laboratory (20 desimber 2023) 

• Fusion Ignition wurdt in werklikheid; Energy Breakeven Achieved by Lawrence Laboratory  (15 desimber 2022)  

***