Скрытая технология, способная открыть путь к коммерческому термоядерному синтезу

Скрытая технология, способная открыть путь к коммерческому термоядерному синтезу

Чтобы термоядерные энергетические системы работали безопасно и стабильно, исследователям необходимо тщательно отслеживать поведение сверхгорячего плазменного топлива. Ключевые характеристики, такие как температура и плотность, напрямую влияют на возможность поддержания термоядерных реакций. Измерение этих экстремальных условий требует сложных инструментов, известных как диагностика, которые действуют как глаза и уши внутри термоядерного устройства.

Новый отчет, поддержанный Министерством энергетики США (DOE), призывает к усилению инвестиций в национальные диагностические возможности для термоядерного синтеза. В документе утверждается, что совершенствование этих инструментов необходимо для предоставления Министерству энергетики и Конгрессу данных, ускоряющих разработку коммерческих термоядерных электростанций.

Семинар DOE по инновациям в измерениях

Отчет стал результатом семинара DOE по фундаментальным исследовательским потребностям в области измерительных инноваций 2024 года, организованного в рамках программы Fusion Energy Sciences (FES) Управления науки. Руководителем этой работы выступил Луис Дельгадо-Апарисио, глава передовых проектов Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL), а соруководителем — Шон Риган, директор экспериментального отдела Лаборатории лазерной энергетики Рочестерского университета.

В число участников вошли специалисты из университетов, частных компаний и национальных лабораторий, таких как PPPL. Их целью было определить, какие диагностические и измерительные технологии наиболее срочно необходимы для сохранения лидерства США в области термоядерной энергии и физики плазмы. Семинар также поддержал цели Дорожной карты DOE по науке и технологиям термоядерного синтеза, которая «определяет действия и ключевые этапы до середины 2030-х годов, обеспечивая научную и технологическую основу для поддержки конкурентоспособной термоядерной индустрии США».

«Инновации в измерениях приводили и будут приводить к научным и инженерным прорывам в области физики плазмы и технологий, поддерживаемых программой FES Министерства энергетики, особенно в науках о термоядерном синтезе», — сказал Дельгадо-Апарисио. — «Этот новый отчет содержит важные выводы по семи ключевым областям физики плазмы, а также науки и технологий термоядерного синтеза. Мы верим, что он окажет значительное влияние как на государственные, так и на частные термоядерные сообщества».

«Выводы этого отчета являются свидетельством критической роли диагностики в продвижении науки о термоядерной энергии», — добавил Риган. — «Инвестируя в инновационные измерительные технологии, мы можем ускорить прогресс на пути к коммерческой термоядерной энергии и укрепить лидерство Америки в физике плазмы».

Семь приоритетных областей физики плазмы

Семьдесят исследователей внесли свой вклад в отчет, рассмотрев семь основных тем физики плазмы, финансируемых программой FES Министерства энергетики США:

• Низкотемпературная плазма.

• Плазма с высокой плотностью энергии.

• Взаимодействие плазмы с материалом.

• Горящая плазма, создаваемая с помощью магнитного удержания плазмы (MCF).

• Горящая плазма, создаваемая с помощью инерциального удержания плазмы (ICF).

• Пилотные термоядерные электростанции на основе MCF.

• Термоядерные электростанции на основе ICF.

В совокупности эти области охватывают фундаментальную науку о плазме и проектирование будущих термоядерных энергетических объектов.

Более надежные датчики, более быстрые измерения и инструменты ИИ

Эксперты определили несколько способов, с помощью которых федеральное правительство могло бы усилить способность страны эффективно измерять плазму. Один из приоритетов — разработка диагностики, способной выдерживать интенсивные уровни радиации, ожидаемые внутри будущих термоядерных электростанций. Другой — создание новых методик, способных фиксировать чрезвычайно быстрые события, происходящие во время экспериментов по инерциальному удержанию.

Отчет также подчеркивает использование искусственного интеллекта (ИИ) для оптимизации проектирования передовых измерительных систем. Кроме того, он призывает к созданию надежного кадрового резерва для привлечения и обучения следующего поколения ученых-диагностов. Эти возможности не только поддерживают термоядерную энергетику, но и укрепляют более широкую экосистему плазменных технологий, способствующую экономической конкурентоспособности США.

«И Луис, и я благодарим членов рабочих групп и все сообщество за их самоотверженность и упорный труд при подготовке этого отчета», — сказал Риган. — «Их опыт и сотрудничество сыграли важную роль в определении критически важных инноваций, необходимых для развития диагностических технологий».

Основные рекомендации по ускорению термоядерных инноваций

В отчете изложено несколько ключевых рекомендаций:

• Ускорить инновации: Ускорить прогресс в измерительных технологиях путем валидации и верификации кодов моделирования, инструментов ИИ и машинного обучения, а также цифровых двойников.

• Создать национальную сеть: Сформировать скоординированное сообщество по инновациям в измерениях по образцу LaserNetUS, возможно, названное CalibrationNetUS.

• Сформировать национальные команды: Объединить национальные группы для эффективного преобразования новых измерительных концепций в рабочие диагностические системы.

• Стандартизировать калибровки: Принять более систематический подход к калибровке диагностических приборов.

• Передавать знания частному сектору: Делиться диагностическим опытом и практическими знаниями от государственных учреждений с частными термоядерными компаниями.

• Инвестировать в кадровый резерв: Расширить усилия по развитию кадрового потенциала для удовлетворения потребностей пилотных термоядерных установок.

• Планировать удаленные операции уже сейчас: Рассмотреть диагностические инструменты, необходимые для удаленной эксплуатации и обслуживания будущих термоядерных объектов, на предстоящих семинарах.

По материалам www.sciencedaily.com (Источник Принстонский университет)