في 8 مايو 2023 ، أعلنت وزيرة الطاقة الأمريكية ، جينيفر جرانهولم ، عن تفاصيل تمويل يصل إلى 45 مليون دولار لتوسيع أبحاث وتطوير الطاقة الاندماجية بالقصور الذاتي (IFE).
هذا المشروع هو متابعة لتحقيق واحد من أكثر أهداف الطاقة المرغوبة في القرن الحادي والعشرين. في أغسطس 2021 ، أنتج مرفق الإشعال الوطني (NIF) في مختبر لورانس ليفرمور الوطني تفاعلًا اندماجيًا في المختبر أنتج طاقة أكثر مما امتصه الوقود لبدء تشغيله. أنتج التفاعل 1.3 ميغا جول من الطاقة ، أي حوالي خمسة أضعاف 250 كيلوجول التي امتصتها الكبسولة.
ثم في كانون الأول (ديسمبر) 2022 ، أجريت تجربة اندماج نووي في NIF ، الذي يضم أعلى منشأة ليزر للطاقة ، مع تركيز 192 شعاعًا على هدف وقود هيدروجين على نطاق مليمتر. وقد استند إلى نهج اندماج الحبس بالقصور الذاتي (ICF) في إطار برنامج ICF الأمريكي بدعم من الإدارة الوطنية للأمن النووي. أسفرت لقطة ليزر 2.05 ميغا جول في جزء من الثانية عن 3.15 ميغا جول من الطاقة الناتجة في هذه التجربة.
استنادًا إلى فكرة John Nuckolls عن الاندماج الذي يحركه الليزر ، كان السعي لتحقيق مكاسب صافية من الطاقة أو “اشتعال” مع الاندماج النووي تتويجًا لجهود متعددة الأجيال. على الرغم من الانتقادات الشديدة لجدوى التجارب ، أثبت الاشتعال أنه خطوة صغيرة في قبضة القوة الشبيهة بالنجوم.
ما الذي ينتظرنا مع IFE؟
لا تزال العديد من التحديات العلمية في تسخير طاقة الاندماج على الأرض. تتركز الخطوات اللاحقة في البحث على زيادة مكاسب الطاقة إلى الحد الأقصى. قالت مديرة NNSA جيل هروبي ، التي انفتحت حول المزيد من التجارب المتعلقة ببرنامج الإشراف على المخزونات ، “سيسمح لنا فتح الإشعال في NIF بالتحقيق في الظروف القاسية الموجودة في مركز التفجيرات النووية ومعالجة أسئلة الإشراف المهمة طويلة الأمد.”
لا يزال البحث في مراحله الأولى عندما يتعلق الأمر بتحقيق الاشتعال وتوليد الطاقة للاستخدام العملي ؛ تتطلب أشعة الليزر حوالي 300 ميغا جول من الكهرباء لإنتاج كل طلقة من 2 ميغا جول ، وبالتالي ، فإن ميزانية الطاقة الإجمالية لطلقة الإشعال لا ترقى إلى مستوى التعادل. ينتظر الكثير من الاستكشافات لتحقيق اندماج ليزر عملي حيث يضع مدير ليفرمور كيم بوديل خطوات محتملة: “نحن بحاجة إلى التفكير في جميع أسئلة الأنظمة.
والآن بعد أن أصبح لدينا كبسولة تشتعل ، علينا معرفة ما إذا كان بإمكاننا تبسيطها. هل يمكننا أن نبدأ في جعل هذه العملية أسهل وأكثر تكرارًا؟ هل يمكننا البدء في القيام بذلك أكثر من مرة في اليوم؟ “
ومع ذلك ، “أثبتت النتائج المثيرة من NIF الجدوى العلمية للاندماج بالقصور الذاتي ،” قال أسميرت أسفاو بيرهي ، مدير مكتب العلوم في وزارة الطاقة (DOE). “نتطلع إلى حل التحديات العلمية والتقنية المتبقية للانصهار بالقصور الذاتي حيث نجعله جزءًا ممكنًا من محفظة الاندماج الأمريكية.”
حول برنامج IFE
تمشيا مع قانون الطاقة لعام 2020 ودعما لرؤية البيت الأبيض Bold Decadal للطاقة التجارية الاندماجية ، بدأ مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة برنامج IFE للنهوض بمجالات البحث العلمي والتكنولوجي على النحو المبين في IFE Basic Research Needs Report Workshop Report. علاوة على ذلك ، خصصت وزارة الطاقة 25 مليون دولار سنويًا إلى IFE وخصصت اعتمادًا مستهدفًا قدره مليار دولار لبرنامج Fusion Energy Sciences.
تتوقع وزارة الطاقة منح 45 مليون دولار من خلال استجواباتها ، وإنشاء سلسلة من IFE “مراكز ابتكار العلوم والتكنولوجيا” التي ستتلقى ما بين 2 مليون دولار و 4 ملايين دولار سنويًا على مدى أربع سنوات. إن المحاور التي تتكون من عدة مؤسسات مع مؤسسة مقرها الولايات المتحدة في المقدمة هي العمل من أجل فهم فيزياء أهداف الوقود ، وهندسة طرق تصنيع أفضل ، وتركيز الحزم بسرعة على نفس الشيء. كما أنها تركز على تعزيز قابلية التوسع ، والنمطية ، وقابلية البقاء ، والاكتناز ، والفعالية من حيث التكلفة لأشعة الليزر ومحركات الاندماج الأخرى. علاوة على ذلك ، يتم إجراء تجارب للتحقق من صحة التصاميم المستهدفة عالية الكسب باستخدام مرافق واسعة النطاق.
ثانيًا ، من المتوقع أن تنشئ هذه المحاور قوة عاملة IFE من خلال برامج التدريب الداخلي والتبادل. IFE Science and Technology Accelerated Research أو IFE-STAR ، الذي تم إنشاؤه وفقًا للتوجيهات الواردة في قانون الأبحاث والابتكار التابع لوزارة الطاقة لعام 2018 ، هو الأول من نوعه في العديد من البرامج بموجب طلبات وزارة الطاقة.
كما تلتزم وزارة الطاقة بما يصل إلى 10 ملايين دولار لتمويل IFE في هذه السنة المالية بعد أن اقترحت في البداية 3 ملايين دولار فقط. ومع ذلك ، فإنها تخطط للحفاظ على التمويل محدودًا نسبيًا للمضي قدمًا ، حيث تطلب 15 مليون دولار للسنة المالية 2024 كجزء من طلب يزيد عن مليار دولار لبرنامج Fusion Energy Sciences. ومن ثم ، يدفع الكونجرس من أجل تطوير تقنية الاندماج كأسبقية مباشرة لتجارب الإشعال الناجحة التي أجريت. ومن بين أولئك الذين قادوا هذه الجهود ، العضوة في لجنة العلوم بمجلس النواب ، زوي لوفغرين (D-CA) ، التي أشادت بطلب المليار دولار من قبل وزارة الطاقة وحثها على “التفكير بشكل أكبر في هذا الأمر”.
يهيمن التمويل الخاص لأبحاث الاندماج بشكل واضح على الجهود الفيدرالية بما يصل إلى 4.7 مليار دولار اعتبارًا من عام 2022 ، كما يكرر رئيس اللجنة الفرعية للطاقة براندون ويليامز: “يبدو لي أن الشركاء التجاريين ، الشركاء الخاصين ، قد تخلفوا عن الركب في الاندماج. الصناعة وتلقينا مبلغًا غير كافٍ من الأموال الفيدرالية مقارنة بمصادر الطاقة الأخرى “.
التمويل في إطار البرنامج
برنامج وزارة الطاقة الجديد هو أول غزوة رئيسية لها في دعم الجهود الخاصة ، حيث بلغت جوائزها الأولية 46 مليون دولار موزعة على ثماني شركات. كومنولث فيوجن سيستمز هي من بين هذه الأخيرة وقد نجحت بالفعل في جمع أكثر من 2 مليار دولار في تمويل المشاريع ؛ هدفهم هو بناء توكاماك مدمج يمكنه تحقيق الاشتعال قبل الانتقال إلى مفاعل لتوليد الطاقة. شركة Tokamak Energy هي شركة أخرى حصلت على هذه الجائزة.
قام البرنامج أيضًا بتمويل بعض الأفكار الاندماجية الأخرى التي لم تكن متقدمة في تطويرها مثل المذكورة أعلاه لبناء محفظة متنوعة في السعي وراء أقوى الحلول: Xcimer Energy و Focused Energy لمتابعة تصاميم IFE. في المقابل ، تم تمويل نظام “Z pinch” ومرآة مغناطيسية مدمجة.
كما طلبت وزارة الطاقة زيادة دعمها السنوي لمشاريع الاندماج بين القطاعين العام والخاص إلى 135 مليون دولار لعام 2024 لدعم الشركات بشكل أكبر لأنها تحقق معالم تكنولوجية وبرامجية جديدة. ومع ذلك ، يبدو من غير المحتمل في مواجهة المفاوضات الأخيرة بشأن سقف الديون.
