Pendekatan pengeluaran tenaga gabungan UK terbentuk dengan pengumuman program STEP (Spherical Tokamak for Energy Production) pada 2019. Fasa pertamanya (2019-2024) telah berakhir dengan keluaran reka bentuk konsep untuk loji kuasa prototaip gabungan bersepadu. Ia akan berdasarkan penggunaan medan magnet untuk mengurung plasma menggunakan mesin tokamak namun LANGKAH UK akan menggunakan tokamak sfera dan bukannya tokamak berbentuk donat tradisional yang digunakan di ITER. Tokamak sfera dianggap mempunyai beberapa kelebihan. Kilang itu akan dibina di Nottinghamshire dan dijangka beroperasi pada awal 2040-an.
Keperluan untuk sumber tenaga bersih yang boleh dipercayai untuk memenuhi permintaan tenaga yang semakin meningkat daripada populasi yang semakin meningkat dan ekonomi dunia yang boleh membantu menghadapi cabaran dengan cepat (ditimbulkan oleh bahan api fosil yang habis, pelepasan karbon dan perubahan iklim, risiko alam sekitar yang berkaitan dengan reaktor pembelahan nuklear, dan miskin skalabiliti sumber boleh diperbaharui) tidak pernah dirasai sebegitu hebatnya berbanding pada masa sekarang.
Secara semula jadi, pelakuran nuklear menguasai bintang termasuk matahari kita yang berlaku di teras bintang di mana keadaan pelakuran (iaitu suhu yang sangat tinggi dalam julat ratusan juta darjah celcius dan tekanan) berlaku. Keupayaan untuk mencipta keadaan gabungan terkawal di bumi adalah kunci kepada tenaga bersih tanpa had. Ini melibatkan membina persekitaran pelakuran dengan suhu yang sangat tinggi untuk mencetuskan perlanggaran tenaga tinggi, yang mempunyai ketumpatan plasma yang mencukupi untuk meningkatkan kebarangkalian perlanggaran dan yang boleh mengurung plasma untuk tempoh yang mencukupi untuk membolehkan pelakuran. Jelas sekali, infrastruktur dan teknologi untuk mengurung dan mengawal plasma panas lampau adalah keperluan utama untuk eksploitasi komersial tenaga gabungan. Pendekatan yang berbeza sedang diterokai dan digunakan di seluruh dunia untuk kurungan plasma ke arah merealisasikan tenaga gabungan secara komersial.
Gabungan Pengasingan Inersia (ICF)
Dalam pendekatan pelakuran inersia, keadaan pelakuran dicipta dengan cepat memampatkan dan memanaskan kuantiti bahan api pelakuran yang kecil. Kemudahan Pencucuhan Kebangsaan (NIF) di Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) menggunakan teknik letupan dipacu laser untuk meletupkan kapsul yang diisi dengan bahan api deuterium-tritium menggunakan pancaran laser bertenaga tinggi. NIF mencapai pencucuhan pelakuran terlebih dahulu pada Disember 2022. Selepas itu, pencucuhan pelakuran telah ditunjukkan sebanyak tiga kali pada tahun 2023 yang mengesahkan bukti konsep bahawa pelakuran nuklear terkawal boleh dieksploitasi untuk memenuhi keperluan tenaga.
Kurungan magnetik pendekatan plasma
Penggunaan magnet untuk mengurung dan mengawal plasma untuk pelakuran sedang dicuba di banyak tempat. IITER, kerjasama tenaga gabungan yang paling bercita-cita tinggi daripada 35 negara yang berpangkalan di St. Paul-lez-Durance di selatan Perancis menggunakan torus cincin (atau peranti magnet donat) yang dipanggil tokamak yang direka untuk mengehadkan bahan api gabungan untuk jangka masa yang lama pada suhu yang cukup tinggi untuk pencucuhan gabungan akan berlaku. Konsep kurungan plasma terkemuka untuk loji kuasa gabungan, tokamaks boleh memastikan tindak balas pelakuran berterusan selagi terdapat kestabilan plasma. Tokamak ITER akan menjadi yang terbesar di dunia.
Program Gabungan LANGKAH (Spherical Tokamak untuk Pengeluaran Tenaga) UK:
Seperti ITER, program gabungan STEP United Kingdom adalah berdasarkan kurungan magnet plasma menggunakan tokamak. Walau bagaimanapun, tokamak program STEP akan berbentuk sfera (bukannya berbentuk donat ITER). Tokamak sfera adalah padat, kos efektif dan mungkin lebih mudah untuk skala.
Program STEP telah diumumkan pada 2019. Fasa pertamanya (2019-2024) telah berakhir dengan keluaran reka bentuk konsep untuk loji kuasa prototaip gabungan bersepadu.
Isu bertemakan Philosophical Transactions A of Royal Society, bertajuk "Menyampaikan Tenaga Gabungan – Tokamak Sfera untuk Pengeluaran Tenaga (LANGKAH)” yang terdiri daripada 15 kertas kerja semakan rakan sebaya telah diterbitkan pada 26 Ogos 2024 yang memperincikan kemajuan teknikal program untuk mereka bentuk dan membina loji prototaip pertama UK untuk menghasilkan tenaga elektrik daripada gabungan. Kertas kerja tersebut menangkap gambaran lengkap reka bentuk dan garis besar teknologi yang diperlukan dan penyepaduan mereka ke dalam kilang prototaip menjelang awal 2040-an.
Program STEP bertujuan untuk membuka jalan bagi daya maju komersial bagi pelakuran dengan menunjukkan tenaga bersih, sara diri bahan api dan laluan berdaya maju untuk penyelenggaraan loji. Ia memerlukan pendekatan holistik untuk menyampaikan loji prototaip yang beroperasi sepenuhnya yang juga menganggap penyahtauliahan sebagai sebahagian daripada reka bentuk.
***
Rujukan:
- Kerajaan UK. Siaran akhbar - UK menerajui dunia dalam reka bentuk loji kuasa gabungan. Diterbitkan pada 03 September 2024. Boleh didapati di https://www.gov.uk/government/news/uk-leading-the-world-in-fusion-powerplant-design
- 'Menyampaikan Tenaga Gabungan – Tokamak Sfera untuk Pengeluaran Tenaga (LANGKAH). Transaksi Falsafah A edisi Persatuan Diraja bertemakan,. Kesemua 15 artikel semakan rakan sebaya dalam isu tema yang diterbitkan pada 26 Ogos 2024. Tersedia di https://royalsocietypublishing.org/toc/rsta/2024/382/2280
- Penyelidik UK mendedahkan sekilas reka bentuk untuk loji kuasa gabungan baru. Sains. 4 September 2024. DOI: https://doi.org/10.1126/science.zvexp8a
***
Related articles
- Kerdil Coklat (BD): Teleskop James Webb Mengenalpasti Objek Terkecil yang terbentuk dengan cara seperti Bintang (5 Januari 2024)
- 'Fusion Ignition' menunjukkan kali keempat di Makmal Lawrence (20 Disember 2023)
***
