Mpango wa Nishati wa Fusion wa Uingereza: Ubunifu wa Dhana ya mtambo wa Nguvu wa Mfano wa STEP Wazinduliwa 

Mbinu ya uzalishaji wa nishati ya muunganisho nchini Uingereza ilianza kutekelezwa na kutangazwa kwa mpango wa STEP (Spherical Tokamak for Energy Production) mwaka wa 2019. Awamu yake ya kwanza (2019-2024) imekamilika kwa kutolewa kwa muundo wa dhana ya mtambo jumuishi wa mfano wa kuunganisha. Itatokana na matumizi ya uga wa sumaku kwa kufunga plasma kwa kutumia mashine ya tokamak hata hivyo STEP ya Uingereza itatumia tokamak yenye umbo la duara badala ya tokamak ya jadi yenye umbo la donati kutumika katika ITER. Tokamak ya spherical inadhaniwa kuwa na faida kadhaa. Kiwanda hicho kitajengwa huko Nottinghamshire na kinatarajiwa kufanya kazi mapema miaka ya 2040.  

Haja ya chanzo kinachotegemewa cha nishati safi ili kukidhi mahitaji ya nishati ya kuongezeka kwa idadi ya watu na uchumi wa dunia ambayo inaweza kusaidia haraka kukabiliana na changamoto (zinazoletwa na nishati ya kisukuku inayoisha, utoaji wa kaboni na mabadiliko ya hali ya hewa, hatari za kimazingira zinazohusiana na vinu vya nyuklia, na duni. scalability ya vyanzo mbadala) haijawahi kuhisiwa sana kuliko wakati huu.  

Kwa asili, muunganisho wa nyuklia huwezesha nyota ikiwa ni pamoja na jua letu ambalo hufanyika katika kiini cha nyota ambapo hali ya muunganisho (yaani joto la juu sana katika safu ya mamia ya milioni ya digrii sentigredi na shinikizo) hutawala. Uwezo wa kuunda hali ya muunganisho unaodhibitiwa duniani ni ufunguo wa nishati safi isiyo na kikomo. Hii inahusisha kujenga mazingira ya muunganisho yenye halijoto ya juu sana ili kusababisha migongano yenye nishati nyingi, ambayo ina msongamano wa plasma wa kutosha ili kuongeza uwezekano wa migongano na ambayo inaweza kuzuia plasma kwa muda wa kutosha ili kuwezesha muunganisho. Ni wazi, miundombinu na teknolojia ya kuzuia na kudhibiti plasma yenye joto kali ni hitaji kuu la unyonyaji wa kibiashara wa nishati ya muunganisho. Mbinu tofauti zinachunguzwa na kutumika duniani kote kwa ajili ya kufungwa kwa plasma kuelekea utambuzi wa kibiashara wa nishati ya muunganisho.   

Muunganisho wa Ufungaji wa Ndani (ICF) 

Katika mbinu ya muunganisho wa inertial, hali ya muunganisho huundwa kwa kubana kwa haraka na kupokanzwa kiasi kidogo cha mafuta ya muunganisho. Kituo cha Kitaifa cha Kuwasha (NIF) katika Maabara ya Kitaifa ya Lawrence Livermore (LLNL) hutumia mbinu ya uwekaji wa leza ili kuweka kapsuli zilizojazwa mafuta ya deuterium-tritium kwa kutumia miale ya leza yenye nishati nyingi. NIF ilipata kuwashwa kwa muunganisho kwa mara ya kwanza mnamo Desemba 2022. Baadaye, uwashaji wa muunganisho ulionyeshwa mara tatu katika 2023 ambayo ilithibitisha uthibitisho wa dhana kwamba muunganisho wa nyuklia unaodhibitiwa unaweza kutumiwa kukidhi mahitaji ya nishati.  

Ufungaji wa sumaku wa mbinu ya plasma  

Matumizi ya sumaku kufunga na kudhibiti plasma kwa muunganisho yanajaribiwa katika maeneo mengi. IITER, ushirikiano mkubwa zaidi wa nishati ya muunganisho wa mataifa 35 yenye makao yake makuu huko St. Paul-lez-Durance kusini mwa Ufaransa hutumia torasi ya pete (au kifaa cha sumaku cha donati) kiitwacho tokamak ambacho kimeundwa kuweka mafuta ya muunganisho kwa muda mrefu katika halijoto ya juu ya kutosha. kuwasha kwa fusion kuchukua nafasi. Dhana inayoongoza ya kufungwa kwa plasma kwa mitambo ya kuunganisha nguvu, tokamaks inaweza kuweka mwitikio wa muunganisho mradi tu kuna uthabiti wa plasma. Tokamak ya ITER itakuwa kubwa zaidi ulimwenguni.   

Mpango wa Muunganisho wa HATUA ya Uingereza (Spherical Tokamak for Energy Production): 

Kama ITER, mpango wa muunganisho wa STEP wa Uingereza unategemea uzuiaji wa sumaku wa plasma kwa kutumia tokamak. Walakini, tokamak ya mpango wa STEP itakuwa na umbo la duara (badala ya umbo la donati la ITER). Tokamak ya duara ni compact, gharama nafuu na inaweza kuwa rahisi kupima.  

Mpango wa STEP ulitangazwa mwaka wa 2019. Awamu yake ya kwanza (2019-2024) imekamilika kwa kutolewa kwa muundo wa dhana ya mtambo wa kuunganisha mfano wa kuunganisha nguvu.  

Toleo lenye mada ya Miamala ya Kifalsafa A ya Jumuiya ya Kifalme, yenye kichwa "Kutoa Nishati ya Mchanganyiko - Tokamak ya Spherical kwa Uzalishaji wa Nishati (HATUA)” inayojumuisha karatasi 15 zilizokaguliwa na wenzangu zilichapishwa tarehe 26 Agosti 2024 ambazo zinaeleza kwa kina maendeleo ya kiufundi ya mpango wa kubuni na kujenga mtambo wa kwanza wa mfano wa Uingereza wa kuzalisha umeme kutokana na muunganisho. Karatasi hupiga picha kamili ya muundo na teknolojia ya muhtasari inayohitajika na ujumuishaji wake katika mtambo wa mfano kabla ya miaka ya 2040.  

Mpango wa STEP unalenga kuweka njia kwa manufaa ya kibiashara ya muunganisho kwa kuonyesha nishati halisi, kujitosheleza kwa mafuta na njia ifaayo ya kutunza mimea. Inahitaji mbinu kamili ya kutoa mtambo wa kielelezo unaofanya kazi kikamilifu ambao pia huzingatia kughairi kama sehemu ya muundo. 

*** 

Marejeo:  

1. Serikali ya Uingereza. Taarifa kwa vyombo vya habari - Uingereza inayoongoza ulimwenguni katika muundo wa mitambo ya kuunganisha umeme. Ilichapishwa 03 Septemba 2024. Inapatikana kwa https://www.gov.uk/government/news/uk-leading-the-world-in-fusion-powerplant-design  

2. 'Kutoa Nishati ya Mchanganyiko - Tokamak ya Spherical kwa Uzalishaji wa Nishati (HATUA). Toleo la mada ya Royal Society ya Miamala ya Kifalsafa A,. Nakala zote 15 zilizokaguliwa na marafiki katika toleo la mada lililochapishwa tarehe 26 Agosti 2024. Inapatikana katika https://royalsocietypublishing.org/toc/rsta/2024/382/2280  

3. Watafiti wa Uingereza wanaonyesha muhtasari wa miundo ya kiwanda cha nguvu cha muunganisho wa riwaya. Sayansi. Tarehe 4 Septemba 2024. DOI:  https://doi.org/10.1126/science.zvexp8a 

*** 

Related makala  

• Brown Dwarfs (BDs): Darubini ya James Webb Inatambua Kitu Kidogo kabisa kilichoundwa kwa namna inayofanana na Nyota (5 Januari 2024) 

• 'Fusion Ignition' ilionyesha mara ya nne katika Maabara ya Lawrence (20 Desemba 2023) 

• Fusion Ignition inakuwa Ukweli; Nishati Breakeven Imefikiwa katika Maabara ya Lawrence  (15 Desemba 2022)  

***