Program fuzijske energije Združenega kraljestva: Razkrita konceptna zasnova prototipne elektrarne STEP 

Pristop Združenega kraljestva k proizvodnji fuzijske energije se je izoblikoval z objavo programa STEP (sferični tokamak za proizvodnjo energije) leta 2019. Njegova prva faza (2019–2024) se je končala z izdajo koncepta za integrirani fuzijski prototip elektrarne. Temeljil bo na uporabi magnetnega polja za omejevanje plazme z uporabo stroja za tokamak, vendar bo STEP v Združenem kraljestvu uporabil sferični tokamak namesto tradicionalnega tokamaka v obliki krofa, ki se uporablja na ITER. Sferični tokamak naj bi imel več prednosti. Tovarna bo zgrajena v Nottinghamshireu in naj bi začela delovati v zgodnjih 2040-ih.  

Potreba po zanesljivem viru čiste energije za zadovoljitev naraščajočega povpraševanja po energiji naraščajočega prebivalstva in svetovnega gospodarstva, ki bi lahko hitro pomagal pri soočanju z izzivi (ki jih predstavljajo izčrpna fosilna goriva, emisije ogljika in podnebne spremembe, okoljska tveganja, povezana z jedrskimi fisijskimi reaktorji, in slabo skalabilnost obnovljivih virov) še nikoli ni bilo čutiti tako intenzivno kot v današnjem času.  

V naravi jedrska fuzija poganja zvezde, vključno z našim soncem, ki poteka v jedru zvezd, kjer prevladujejo fuzijski pogoji (tj. izjemno visoka temperatura v območju več sto milijonov stopinj Celzija in tlak). Zmožnost ustvarjanja nadzorovanih fuzijskih razmer na zemlji je ključna za neomejeno čisto energijo. To vključuje izgradnjo fuzijskega okolja z zelo visoko temperaturo za sprožanje visokoenergijskih trkov, ki ima zadostno gostoto plazme za povečanje verjetnosti trkov in ki bi lahko omejilo plazmo dovolj dolgo, da omogoči fuzijo. Očitno sta infrastruktura in tehnologija za omejevanje in nadzorovanje pregrete plazme ključna zahteva za komercialno izkoriščanje fuzijske energije. Po svetu se raziskujejo in uporabljajo različni pristopi za omejevanje plazme za komercialno uresničitev fuzijske energije.   

Inercialna zaprta fuzija (ICF) 

Pri inercialnem fuzijskem pristopu se fuzijski pogoji ustvarijo s hitrim stiskanjem in segrevanjem majhne količine fuzijskega goriva. National Ignition Facility (NIF) pri Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) uporablja lasersko implozijsko tehniko za implozijo kapsul, napolnjenih z gorivom iz devterija in tricija, z uporabo visokoenergijskih laserskih žarkov. NIF je prvič dosegel fuzijski vžig decembra 2022. Kasneje je bil fuzijski vžig trikrat dokazan leta 2023, kar je potrdilo dokaz koncepta, da je mogoče nadzorovano jedrsko fuzijo izkoristiti za zadovoljevanje potreb po energiji.  

Pristop magnetne omejitve plazme  

Uporabo magnetov za omejevanje in nadzor plazme za fuzijo poskušajo marsikje. IITER, najambicioznejše sodelovanje 35 držav na področju fuzijske energije s sedežem v St. Paul-lez-Durance v južni Franciji, uporablja obročasti torus (ali magnetno napravo v obliki krofa), imenovan tokamak, ki je zasnovan tako, da dolgo časa zadržuje fuzijsko gorivo pri dovolj visokih temperaturah za pride do fuzijskega vžiga. Vodilni koncept zadrževanja plazme za fuzijske elektrarne, tokamaki, lahko vzdržujejo fuzijo, dokler obstaja stabilnost plazme. Tokamak ITER bo največji na svetu.   

Fuzijski program STEP (sferični tokamak za proizvodnjo energije) Združenega kraljestva: 

Tako kot ITER tudi fuzijski program STEP Združenega kraljestva temelji na magnetnem omejevanju plazme z uporabo tokamaka. Vendar pa bo tokamak programa STEP sferične oblike (namesto ITERjeve oblike krofa). Sferični tokamak je kompakten, stroškovno učinkovit in ga je morda lažje meriti.  

Program STEP je bil objavljen leta 2019. Njegova prva faza (2019–2024) se je končala z objavo konceptne zasnove za integrirani fuzijski prototip elektrarne.  

Tematska številka Philosophical Transactions A of Royal Society z naslovom "Dobava fuzijske energije – sferični tokamak za proizvodnjo energije (STEP)”, ki obsega 15 strokovno pregledanih dokumentov, je bil objavljen 26. avgusta 2024 in podrobno opisuje tehnični napredek programa za načrtovanje in gradnjo prve prototipne elektrarne v Združenem kraljestvu za proizvodnjo električne energije iz fuzije. Dokumenti zajamejo popoln posnetek zasnove in oris potrebnih tehnologij ter njihovo integracijo v prototip obrata do zgodnjih 2040-ih.  

Cilj programa STEP je utreti pot komercialni upravičenosti fuzije z dokazovanjem neto energije, samozadostnosti goriva in uspešne poti do vzdrževanja obratov. Za zagotavljanje popolnoma delujočega prototipnega obrata uporablja celosten pristop, ki kot del zasnove upošteva tudi razgradnjo. 

*** 

Reference:  

1. Vlada Združenega kraljestva. Sporočilo za javnost – Združeno kraljestvo je vodilno na svetu pri oblikovanju fuzijskih elektrarn. Objavljeno 03. septembra 2024. Dostopno na https://www.gov.uk/government/news/uk-leading-the-world-in-fusion-powerplant-design  

2. „Dobava fuzijske energije – sferični tokamak za proizvodnjo energije (STEP). Tematska izdaja Kraljeve družbe Philosophical Transactions A,. Vseh 15 recenziranih člankov v tematski številki, objavljeni 26. avgusta 2024. Na voljo na https://royalsocietypublishing.org/toc/rsta/2024/382/2280  

3. Raziskovalci iz Združenega kraljestva razkrivajo vpogled v zasnove nove fuzijske elektrarne. Znanost. 4. september 2024. DOI:  https://doi.org/10.1126/science.zvexp8a 

*** 

Sorodni članki  

• Rjave pritlikavke (BD): teleskop James Webb identificira najmanjše telo, oblikovano na način, podoben zvezdi (5 januar 2024) 

• V Laboratoriju Lawrence so že četrtič predstavili 'Fusion Ignition' (20 december 2023) 

• Fusion Ignition postane resničnost; Laboratorij Lawrence je dosegel energetski prelom  (15 december 2022)  

***