4200만 달러 투자! 미국 에너지부, 3개의 주요 레이저 융합 연구 센터 설립

목요일 현지 시간으로 미국 에너지부는 근본적인 관성 핵융합 에너지(IFE) 과학 및 기술을 발전시키고 미래 발전소에서 소형 레이저 구동 열핵 폭발을 활용하기 위해 3개의 연구 센터를 설립할 것이라고 발표했습니다.
캘리포니아주 로렌스 리버모어 국립연구소(LLNL), 콜로라도주립대학교, 뉴욕주 로체스터대학교에 위치한 3개 센터는 4년간 총 4,200만 달러를 공유하게 됩니다. 그 중 리버모어와 콜로라도 주립대학에 각각 1,600만 달러, 로체스터 대학교에 1,000만 달러가 배정되었습니다. 이는 DOE의 핵융합 에너지 과학 예산 중 극히 일부에 불과하며 올해 예산은 5억 달러가 넘습니다.
DOE의 수석 핵융합 코디네이터인 Scott Hsu는 세 센터의 향후 연구는 "모든 관성 핵융합 시스템에 필요한 기본 기술에 더 중점을 둘 것"이라고 말했습니다.
에너지는 두 개의 작은 원자(보통 수소)를 더 큰 원자로 결합하여 생성됩니다. "융합"으로 알려진 이 과정은 태양과 다른 별들의 에너지원입니다. 제어된 핵융합이 지구에서 재현될 수 있다면 지구를 온난화시키는 이산화탄소나 장수명 방사성 폐기물을 생성하지 않고도 풍부한 에너지를 생산할 수 있을 것입니다.
현재까지 대부분의 핵융합 에너지 연구와 에너지부 핵융합 과학 예산의 대부분은 핵이 충돌하고 결합될 때까지 과열된 수소를 가두기 위해 강력한 자기장을 사용하는 원자로에 중점을 두었습니다. 그러나 작년에 리버모어 국립 점화 시설(NIF)에서 성공적으로 수행된 실험에서는 다른 접근 방식을 강조했습니다. 즉, 개별 수소 입자에 강력한 레이저를 발사하여 원자를 짜내고 융합의 섬광을 생성하는 것입니다.
LLNL은 지금까지 NIF에서 핵융합 점화를 네 번 달성했습니다. 가장 최근의 성과는 점화 목표물에 2.2메가줄(MJ)의 에너지를 발사하여 3.4MJ의 핵융합 에너지를 생성함으로써 달성되었습니다. NIF는 핵융합 에너지 생성을 위한 프로토타입으로 설계되지 않았습니다. 1992년 핵실험이 중단된 이후 주로 미국의 핵무기 유지를 돕기 위해 사용됐다. 이전 실험에서 NIF 과학 실험은 수소 연료 펠렛에 레이저 펄스를 발사했습니다. 실제 발전소에서는 초당 10회의 빈도로 레이저 펄스를 반복적으로 발사해야 하며, 각 펄스는 새로운 연료 알갱이를 삽입합니다.
이러한 레이저는 NIF 레이저보다 더 강력하고, 더 안정적이며, 더 에너지 효율적이어야 합니다. 수소 연료 타겟은 저렴하고 제조가 쉬워야 합니다. 발전소에는 수백만 개의 펠렛이 안정적으로 공급되어야 합니다. 새로운 연구 센터는 이러한 장애물을 해결하는 데 도움이 될 것입니다.
정부의 관성 핵융합 에너지 과학 프로그램을 관리하는 Kramer Akli는 DOE가 많은 지원서를 받았으며 심사위원단이 리버모어, 로체스터 및 콜로라도 주를 선택했다고 말했습니다. 각 우승 프로그램에는 다른 대학, 국립 연구소 및 민간 기업과의 협력이 포함되었습니다.
Akli 박사는 "해당 분야에서 가장 뛰어난 인재들을 모아 혁신을 더욱 가속화하고 관성 핵융합 에너지의 일부 과제를 해결할 수 있도록 하십시오"라고 말했습니다.
로체스터 대학 센터의 주요 목표 중 하나는 수소 연료에 직접 발사할 수 있는 새로운 유형의 레이저를 테스트하는 것입니다. 이 방법은 리버모어의 NIF 실험에 사용된 방법보다 에너지 효율적입니다. 그러나 레이저의 작은 변화로 인해 불안정성이 발생하면 융합을 방해할 수 있습니다.
레이저가 다양한 파장에 걸쳐 전파되면 이러한 불안정성을 제어할 수 있습니다. 로체스터 대학의 과학자들은 직접 구동이라고 불리는 이 접근법을 수년간 연구해 왔으며 센터의 연구 자금은 새로운 고출력 레이저가 이 문제를 극복할 수 있는지 테스트하는 실험에 사용될 것입니다. 이것은 직접 운전 프로그램에 대한 경로를 열어줍니다.
콜로라도 주립 센터는 다양한 관성 핵융합 개념을 위해 제안된 다양한 레이저를 연구하고 연료 타겟에 대한 다양한 설계를 검토할 것입니다. 센터의 제안을 이끌었던 전기 및 컴퓨터 공학과 교수인 카르멘 메노니(Carmen Menoni)는 지속적인 고에너지 레이저 공격을 더 잘 견딜 수 있도록 레이저 광학 코팅을 위한 새로운 재료를 연구할 것이라고 말했습니다.
리버모어 국립 연구소(LLNL)의 플라즈마 물리학자인 Tammy Ma는 센터의 초점이 NIF에서 사용하는 간접 구동 접근 방식을 넘어 실제 발전소 건설에 필요한 문제를 해결하기 시작할 것이라고 말했습니다. "단지 목표가 있고 그것을 치고 에너지를 생성하는 것이 아닙니다."
초기 연구는 어떤 접근법이 가장 유망한지 밝혀내는 데 도움이 될 것입니다. Tammy Ma 박사는 "투자가 실제로 그러한 답을 찾기에는 충분하지 않을 것입니다"라고 말했습니다. "그러나 4년 후에는 미국이 실제로 완전한 미래를 보여줄 수 있는 유망한 길을 계획할 수 있을 것입니다. 규모의 파일럿 플랜트."
Jennifer M. Granholm 미국 에너지 장관은 이렇게 말했습니다. "핵융합 에너지를 활용하는 것은 21세기의 가장 큰 과학 및 기술 과제 중 하나입니다. 우리는 이제 핵융합 에너지가 가능성일 뿐만 아니라 매우 유망하다고 확신합니다. 이 센터의 과학자들은 판도를 바꾸고 지구를 구하는 혁신의 최전선에 서십시오."
관성 핵융합 에너지 과학 및 기술 가속 연구(IFE-star) 프로그램의 지원을 받는 프로젝트는 미국 에너지부의 국립 연구소, 학계 및 업계의 전문 지식과 역량을 모아 IFE 시스템 구성 요소를 발전시킬 것입니다. 관성밀폐융합(Inertial Confinement Fusion)은 레이저나 기타 기술을 사용해 고밀도 플라즈마를 압축하고 가열하는 대표적인 핵융합 방식이다. IFE-스타 프로그램은 다음을 개발할 것입니다: 고이득 표적 설계; 반복률이 높은 고효율 레이저; 생명 관련 융합 표적 제작, 추적 및 교전. IFE-star 프로그램은 광범위한 응용 분야에서의 레이저, 레이저 및 레이저 사용을 포함하여 IFE 시스템을 지원하기 위한 광범위한 기술을 제공하도록 설계되었습니다. 자금 지원 프로젝트의 주요 구성 요소는 포용적이고 다양한 인력 개발을 포함한 관성 핵융합 생태계 관리입니다.
400명의 로체스터 교직원이 이끄는 로체스터 대학교의 레이저 에너지학 연구소(LLE)는 오랫동안 에너지, 과학 및 기술 분야의 선두에 서 있었습니다. 작년에 LLE의 지원을 받는 로렌스 리버모어 국립 연구소(Lawrence Livermore National Laboratory)의 과학자들은 첫 번째 순 에너지 증가 이정표에 도달했습니다.
로렌스 리버모어 국립연구소(Lawrence Livermore National Laboratory)의 국립 점화 시설(National Ignition Facility)에서 획기적인 발전을 이룬 결과, 관성밀폐 핵융합은 더욱 큰 관심과 주목을 받았습니다. IFE-star 프로젝트는 참여하는 IFE 핵융합 회사의 예상 기술 로드맵에서 공통된 과학 및 기술 격차를 해결하는 것을 목표로 합니다. Office of Science의 마일스톤 융합 개발 프로그램에서는 기초 연구 요구 보고서에 관한 IFE 워크샵에 설명된 우선순위 연구 기회를 다루었습니다. 지속적인 발전. 오랜 시간 동안 플라즈마 연소를 유지하도록 설계된 자기 감금 융합과 달리 IFE는 반복적인 펄스의 형성이 필요합니다. 한 가지 목표는 관성 핵융합을 낮은 이득의 단일 실험에서 잠재적인 IFE 파일럿 플랜트에 필요한 높은 이득, 높은 반복률로 이동하는 데 필요한 과학과 기술을 개발하는 것입니다.
미국 에너지부는 IFE-star를 통해 전용 프로그램을 구축하고 있습니다. 선택된 프로젝트는 세계 최고의 역량, 전문 지식, 진단 및 시설을 구축하고 활용할 것이며 IFE-star는 또한 DOE 에너지 첨단 연구 프로젝트 기관(ARPA-E)과 Office of Science가 공동 자금을 지원하는 IFE 연구를 크게 확장할 것입니다. .