Innovation

Kemitraan publik-swasta baru memfasilitasi pengembangan energi fusi


Kemitraan publik-swasta baru memfasilitasi pengembangan energi fusi

Fisikawan PPPL Gerrit Kramer dengan gambar konseptual reaktor fusi SPARC. Kredit: Foto Kolase dan Kramer oleh Elle Starkman / Kantor Komunikasi PPPL. Gambar SPARC milik Commonwealth Fusion Systems.

Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) dari Departemen Energi AS (DOE) bekerja sama dengan industri swasta dalam penelitian fusi mutakhir yang bertujuan untuk mencapai energi fusi komersial. Pekerjaan ini, dimungkinkan melalui program hibah DOE publik-swasta, mendukung upaya untuk mengembangkan plasma kelas fusi berkinerja tinggi. Dalam salah satu proyek PPPL bekerja dalam koordinasi dengan MIT’s Plasma Science and Fusion Center (PSFC) dan Commonwealth Fusion Systems, sebuah start-up dari MIT yang mengembangkan alat fusi tokamak yang disebut “SPARC.”

Tujuan dari proyek ini adalah untuk memprediksi kebocoran partikel “alfa” cepat yang dihasilkan selama reaksi fusi di SPARC, mengingat ukuran dan potensi ketidaksejajaran magnet superkonduktor yang membatasi plasma. Partikel-partikel ini dapat membuat sebagian besar plasma yang dipanaskan sendiri atau “terbakar” yang memicu reaksi fusi. Pengembangan plasma yang terbakar adalah tujuan ilmiah utama untuk penelitian energi fusi. Namun, kebocoran partikel alfa dapat memperlambat atau menghentikan produksi energi fusi dan merusak interior fasilitas SPARC.

Magnet superkonduktor baru

Fitur utama dari mesin SPARC termasuk ukurannya yang ringkas dan medan magnet yang kuat yang dimungkinkan oleh kemampuan magnet superkonduktor baru untuk beroperasi pada medan dan tekanan yang lebih tinggi daripada magnet superkonduktor yang ada. Fitur-fitur ini akan memungkinkan desain dan konstruksi fasilitas fusi yang lebih kecil dan lebih murah, seperti yang dijelaskan dalam publikasi terbaru oleh tim SPARC — dengan asumsi bahwa partikel alfa cepat yang dibuat dalam reaksi fusi dapat disimpan cukup lama untuk menjaga plasma tetap panas.

“Penelitian kami menunjukkan bahwa mereka bisa,” kata fisikawan PPPL Gerrit Kramer, yang berpartisipasi dalam proyek tersebut melalui program DOE Innovation Network for Fusion Energy (INFUSE). Program dua tahun, yang oleh fisikawan PPPL Ahmed Diallo menjabat sebagai wakil direktur, bertujuan untuk mempercepat pengembangan energi fusi sektor swasta melalui kemitraan dengan laboratorium nasional.

Terbatas

“Kami menemukan bahwa partikel alfa memang terbatas dengan baik dalam desain SPARC,” kata Kramer, salah satu penulis makalah di Jurnal Fisika Plasma yang melaporkan temuan. Dia bekerja erat dengan penulis utama Steven Scott, seorang konsultan untuk Commonwealth Fusion Systems dan mantan fisikawan lama di PPPL.

Kramer menggunakan kode komputer SPIRAL yang dikembangkan di PPPL untuk memverifikasi kurungan partikel. “Kode, yang mensimulasikan pola bergelombang, atau riak, dalam medan magnet yang memungkinkan lepasnya partikel cepat, menunjukkan pengurungan yang baik dan kurangnya kerusakan pada dinding SPARC,” kata Kramer. Lebih lanjut, ia menambahkan, “Kode SPIRAL sesuai dengan kode ASCOT dari Finlandia. Meskipun kedua kode tersebut sama sekali berbeda, hasilnya serupa.”

Penemuan ini menggembirakan Scott. “Sangat menyenangkan melihat validasi komputasi pemahaman kita tentang kerugian yang disebabkan riak,” katanya, “sejak saya mempelajari masalah ini secara eksperimental di awal 1980-an untuk disertasi doktoral saya.”

Reaksi fusi menggabungkan unsur-unsur cahaya dalam bentuk plasma — keadaan materi yang panas dan bermuatan yang terdiri dari elektron bebas dan inti atom, atau ion, yang menyusun 99 persen alam semesta tampak — untuk menghasilkan energi dalam jumlah besar. Para ilmuwan di seluruh dunia sedang berusaha untuk menciptakan fusi sebagai sumber tenaga yang hampir tidak terbatas untuk menghasilkan listrik.

Panduan kunci

Kramer dan rekannya mencatat bahwa ketidaksejajaran magnet SPARC akan meningkatkan hilangnya partikel fusi yang disebabkan oleh riak yang menyebabkan peningkatan daya yang menghantam dinding. Perhitungan mereka harus memberikan panduan utama kepada tim teknik SPARC tentang seberapa baik magnet harus disejajarkan untuk menghindari kehilangan daya yang berlebihan dan kerusakan dinding. Magnet yang diselaraskan dengan benar akan memungkinkan studi pemanasan sendiri plasma untuk pertama kalinya dan pengembangan teknik yang ditingkatkan untuk kontrol plasma di pembangkit listrik fusi di masa depan.


Membangun bintang di toples yang lebih kecil


Informasi lebih lanjut:
SD Scott dkk, Fisika ion-cepat di SPARC, Jurnal Fisika Plasma (2020). DOI: 10.1017 / S0022377820001087

Disediakan oleh Laboratorium Fisika Plasma Princeton

Kutipan: Kemitraan publik-swasta baru memfasilitasi pengembangan energi fusi (2020, 30 Desember), diakses 30 Desember 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-12-public-private-partnership-fusion-energy.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel