پیشرفت جدید ایالات متحده در هم‌جوشی هسته‌ای با دستیابی به کپسول‌های سوخت پرینت سه‌بعدی
آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور (LLNL) در نیروی ملی احتراق (NIF) در حال بررسی استفاده از پرینت سه‌بعدی پیشرفته برای تولید انبوه کپسول‌های سوخت برای نیروگاه‌های انرژی هم‌جوشی است.
این می‌تواند پیشرفتی مهم در زمینه انرژی هم‌جوشی باشد، که به عنوان 'جام مقدس' انرژی پاک و فراوان شناخته می‌شود.
در حالی که آزمایش احتراق، که آزمایشگاه در سال ۲۰۲۲ به آن دست یافته بود، یک پیشرفت عمده بود، تولید انرژی هم‌جوشی در مقیاس تجاری چالش‌های قابل توجهی را به همراه دارد.
یکی از بزرگترین موانع تولید کپسول‌های سوخت مورد نیاز برای این فرآیند است. این کپسول‌ها حاوی سوخت دوتریوم و تریتیوم مورد استفاده در واکنش‌های هم‌جوشی هستند.
این کپسول‌ها که باید تقریباً کاملاً کروی باشند، در حال حاضر ماه‌ها زمان برای ساخت نیاز دارند. برای مرجع، یک نیروگاه توانمند نزدیک به یک میلیون از این کپسول‌ها در روز نیاز خواهد داشت. علاوه بر این، این کپسول‌ها باید با دقت بسیار بالا ساخته شوند.
"نیاز به کمال به گونه‌ای است که، اگر یک کپسول NIF به اندازه زمین بزرگ شود، عیبی بالاتر از نشانه هالیوود در لس‌آنجلس غیرقابل قبول خواهد بود،" آزمایشگاه در یک بیانیه مطبوعاتی اشاره کرد.
کپسول‌های پرینت سه‌بعدی می‌توانند یک راه‌حل باشند
برای مواجهه با این چالش، LLNL پروژه‌ای تحقیقاتی برای توسعه کپسول‌های سوخت پرینت سه‌بعدی راه‌اندازی کرده است.
"حالا که ما به احتراق هم‌جوشی دست پیدا کرده و آن را تکرار کرده‌ایم، آزمایشگاه به سرعت دانش و تجربه دهه‌ها را برای حل مشکلات اساسی فیزیکی و مهندسی که در ساخت اکوسیستم هم‌جوشی لازم برای یک نیروگاه هم‌جوشی لیزری به همراه دارد، به کار می‌گیرد،" می‌گوید تمی ما، رهبر پروژه انرژی هم‌جوشی اینرسی LLNL.
این پروژه در حال توسعه رویکرد پلیمرسازی دو فوتونی جذب دو طول موجی (DW-2PP) برای پرینت سه‌بعدی است. این تکنیک از دو منبع نور مختلف برای پرینت انتخابی مواد مختلف استفاده می‌کند.
این امکان ایجاد هندسه‌های پیچیده با دقت زیر میکرون را فراهم می‌کند که می‌تواند تولید کپسول‌های سوخت در مقیاس مورد نیاز برای یک نیروگاه را امکان‌پذیر سازد.
"ما بر نوع مشخصی از کپسول فوم مرطوب تمرکز داریم، که در آن مایع DT می‌تواند به طور یکنواخت به یک لایه فومی درونی درون کپسول کروی توسط خاصیت موئینگی نفوذ کند،" می‌گوید ژیا، هم‌تحقیقی اصلی و دانشمند کارکنان در بخش مهندسی مواد آزمایشگاه.
"فرایند لایه بندی یخ DT فعلی تا یک هفته برای تکمیل با دقت بسیار بالا زمان می‌برد. ممکن است پرینت سه‌بعدی تنها ابزار برای این نوع هندسه پیچیده در مقیاس باشد."
این پروژه تاکنون نتایج امیدوار کننده‌ای نشان داده است، با استفاده موفقیت آمیز از اهداف پرینت سه‌بعدی در دو آزمایش NIF در سال ۲۰۲۴.
چشم‌انداز آینده نویدبخش
در حالی که استفاده از پرینت سه‌بعدی برای انرژی هم‌جوشی هنوز در مراحل اولیه قرار دارد، نمایانگر یک راه‌حل ممکن برای یک چالش حیاتی تولید است.
اگر این فناوری موفق باشد، می‌تواند توسعه نیروگاه‌های هم‌جوشی را تسریع کند. این امر دنیا را به آینده‌ای با انرژی پاک، امن و فراوان نزدیک‌تر می‌کند.
"باز کردن قفل هم‌جوشی یک دارایی استراتژیک برای رقابت‌پذیری ایالات متحده است. مهم است که در علم و فناوری بنیادی سرمایه‌گذاری کنیم تا بر اساس دستاورد تاریخی احتراق هم‌جوشی بسازیم," جف ویسوف، مدیر ارشد بخش نیروگاه LLNL و فوتون ساینس به پایان رساند.
