طاقة الاندماج بالقصور الذاتي بالليزر

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 7 صور
الموسوعة الحرة

تصميم تخيلي لمحطة الطاقة الاندماجية LIFE.1. يوجد نظام الاندماج في مبنى الاحتواء الأسطواني الكبير في المركز.

مشروع LIFE ، اختصارًا لـ Laser Inertial Fusion Energy (طاقة الاندماج بالقصور الذاتي الليزري )، هو مشروعٌ لتطوير طاقة الاندماج أُجري في مختبر لورانس ليفرمور الوطني بين عامي 2008 و2013. هدف المشروع إلى تطوير التقنيات اللازمة لتحويل مفهوم الاندماج بالقصور الذاتي المُحفَّز بالليزر، والذي كان قيد التطوير في مرفق الإشعال الوطني (NIF)، إلى محطة طاقة تجارية عملية ، وهو مفهوم يُعرف عمومًا باسم طاقة الاندماج بالقصور الذاتي (IFE). استخدم مشروع LIFE نفس المفاهيم الأساسية لمرفق الإشعال الوطني، لكنه سعى إلى خفض التكاليف باستخدام عناصر وقود مُنتَجة بكميات كبيرة، وصيانة مُبسَّطة، وليزر ثنائي ذي كفاءة كهربائية أعلى.

تمّ النظر في تصميمين، أحدهما يعمل بنظام اندماج نووي خالص، والآخر بنظام اندماج-انشطار هجين . في التصميم الأول، تُستخدم الطاقة الناتجة عن تفاعلات الاندماج مباشرةً. أما في التصميم الثاني، فتُستخدم النيوترونات المنبعثة من تفاعلات الاندماج لإحداث تفاعلات انشطار في غلاف محيط من اليورانيوم أو وقود نووي آخر ، وتُعدّ هذه التفاعلات الانشطارية مسؤولة عن معظم الطاقة المنبعثة. في كلتا الحالتين، تُستخدم أنظمة التوربينات البخارية التقليدية لاستخلاص الحرارة وإنتاج الكهرباء.

اكتمل بناء مرفق الإشعال الوطني (NIF) عام 2009، وبدأ سلسلة طويلة من اختبارات التشغيل التجريبي للوصول إلى طاقته الكاملة. وخلال عامي 2011 و2012، أطلق المرفق "حملة الإشعال الوطنية" للوصول إلى النقطة التي يصبح فيها تفاعل الاندماج مستدامًا ذاتيًا ، وهو هدف رئيسي يُعد شرطًا أساسيًا لأي نظام اندماج نووي عملي. إلا أن المرفق فشل في تحقيق هذا الهدف، حيث كان أداء الاندماج أقل بكثير من مستويات الإشعال، ومختلفًا اختلافًا كبيرًا عن التوقعات. ومع استمرار مشكلة الإشعال دون حل، أُلغي مشروع LIFE عام 2013.

تعرض برنامج LIFE لانتقادات خلال مراحل تطويره لكونه قائماً على فيزياء لم تكن قد أثبتت جدواها بعد. وفي تقييم لاذع، صرّح روبرت مكروي، مدير مختبر طاقة الليزر ، قائلاً: "في رأيي، فإن المبالغة في الوعود والتسويق لبرنامج LIFE أضرت بمختبر لورانس ليفرمور". [ 1 ]

خلفية

يُعدّ مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) رائدًا في مجال الاندماج بالقصور الذاتي المُحفّز بالليزر (ICF) منذ أن طوّر جون نوكولز، أحد موظفي المختبر، المفهوم الأولي في أواخر خمسينيات القرن الماضي. [ 2 ] [ 3 ] وتتلخص الفكرة الأساسية في استخدام مُحفّز لضغط حبيبة صغيرة تُعرف بالهدف ، تحتوي على وقود الاندماج، وهو مزيج من الديوتيريوم (D) والتريتيوم (T). إذا وصل الضغط إلى قيم عالية كافية، تبدأ تفاعلات الاندماج، مُطلقةً جسيمات ألفا ونيوترونات . قد تصطدم جسيمات ألفا بالذرات الموجودة في الوقود المحيط، مُسخّنةً إياها إلى درجة تُؤدي إلى اندماجها هي الأخرى. إذا كان معدل تسخين جسيمات ألفا أعلى من فقدان الحرارة إلى البيئة، فإن النتيجة هي تفاعل متسلسل ذاتي الاستدامة يُعرف بالاشتعال . [ 4 ] [ 5 ]

بمقارنة طاقة الإدخال للمُشغِّل مع طاقة الإخراج للاندماج، نحصل على قيمة تُعرف بمعامل كسب طاقة الاندماج ، ويُرمز لها بـ Q. يتطلب النظام قيمة Q لا تقل عن 1 لإنتاج طاقة صافية. ولأن تشغيل المفاعل يتطلب طاقة، فإن قيمة Q يجب أن تكون 3 على الأقل للحصول على خرج كهربائي صافٍ. [ 6 ] أما للتشغيل التجاري، فتُستخدم قيم Q أعلى بكثير من ذلك. [ 7 ] في الاندماج بالقصور الذاتي، يلزم قيم Q تتراوح بين 25 و50 لتعويض كلٍّ من فاقد توليد الكهرباء والطاقة الكبيرة المُستهلكة لتشغيل المُشغِّل. في خريف عام 1960، أشارت دراسة نظرية أُجريت في مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) إلى إمكانية تحقيق مكاسب من الرتبة المطلوبة باستخدام مُشغِّلات بقدرة 1  ميغا جول. [ 8 ]

في ذلك الوقت، تمّ النظر في عدد من العوامل المختلفة، ولكن إدخال الليزر في وقت لاحق من ذلك العام قدّم الحلّ الواضح الأول بتوليفة مناسبة من الخصائص. كانت الطاقات المطلوبة تتجاوز بكثير أحدث ما توصل إليه تصميم الليزر، لذا بدأ مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) برنامج تطوير في منتصف الستينيات للوصول إلى هذه المستويات. [ 9 ] أدّت كل زيادة في الطاقة إلى ظهور ظواهر بصرية جديدة وغير متوقعة كان لا بدّ من التغلّب عليها، ولكن تمّ حلّها إلى حدّ كبير بحلول منتصف السبعينيات. بالتوازي مع فرق الليزر، قام الفيزيائيون الذين يدرسون التفاعل المتوقع باستخدام محاكاة حاسوبية مُقتبسة من تجارب القنبلة النووية الحرارية بتطوير برنامج يُعرف باسم LASNEX، والذي أشار إلى إمكانية إنتاج قيمة Q تساوي 1 عند مستويات طاقة أقل بكثير، في نطاق الكيلوجول، وهي مستويات أصبح فريق الليزر قادرًا على تحقيقها. [ 10 ] [ 11 ]

منذ أواخر سبعينيات القرن الماضي، طوّر مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) سلسلة من الأجهزة لتحقيق الظروف التي تنبأت بها محاكاة LASNEX وغيرها. ومع كل تكرار، أثبتت النتائج التجريبية عدم صحة المحاكاة. أنتج الجهاز الأول، ليزر شيفا الذي طُوّر في أواخر سبعينيات القرن الماضي، ضغطًا يتراوح بين 50 و100 ضعف، لكنه لم يُنتج تفاعلات اندماجية قريبة من المستويات المتوقعة. عُزيت المشكلة إلى تسخين ضوء الليزر تحت الأحمر للإلكترونات وخلطها في الوقود، واقتُرح استخدام الأشعة فوق البنفسجية لحل المشكلة. تمّت معالجة هذه المشكلة في ليزر نوفا الذي طُوّر في ثمانينيات القرن الماضي، والذي صُمّم خصيصًا لإنتاج الاشتعال. أنتج نوفا كميات كبيرة من الاندماج، حيث أنتجت الطلقات ما يصل إلى 107 نيوترونات، لكنها فشلت في الوصول إلى مرحلة الاشتعال. وقد عُزي ذلك إلى نمو عدم استقرار رايلي-تايلور ، مما زاد بشكل كبير من طاقة المحرك المطلوبة. [ 12 ]

في نهاية المطاف، اعتُبرت جميع هذه المشكلات مفهومة جيدًا، وظهر تصميمٌ أكبر بكثير، وهو مشروع الإشعال الوطني (NIF). صُمم مشروع الإشعال الوطني لتوفير ضعف طاقة التشغيل المطلوبة تقريبًا، مما يسمح بهامش خطأ. وُضع التصميم النهائي لمشروع الإشعال الوطني في عام 1994، وكان من المقرر الانتهاء من بنائه بحلول عام 2002. بدأ البناء في عام 1997، لكنه استغرق أكثر من عقد من الزمان، وأُعلن عن اكتمال أعمال البناء الرئيسية في عام 2009. [ 13 ]

حياة

خلال مراحل تطوير مفهوم الاندماج بالقصور الذاتي في مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) وغيره، بُذلت عدة جهود متواضعة لدراسة تصميم محطة طاقة تجارية تعتمد على هذا المفهوم. ومن الأمثلة على ذلك مشروعا SOLASE-H [ 14 ] وHYLIFE-II [ 15 ] . ومع اقتراب مشروع NIF من الاكتمال في عام 2008، وبعد معالجة مختلف المشكلات، بدأ مختبر لورانس ليفرمور الوطني مشروعًا أكثر جدية لتطوير الاندماج بالقصور الذاتي، وهو مشروع LIFE [ 16 ] .

الاندماج والانشطار الهجين

عندما طُرح مشروع LIFE لأول مرة، ركز على مفهوم الاندماج النووي والانشطار الهجين ، الذي يستخدم النيوترونات السريعة الناتجة عن تفاعلات الاندماج لتحفيز الانشطار في المواد النووية الخصبة . [ 17 ] صُمم المفهوم الهجين لتوليد الطاقة من كلٍ من الوقود النووي الخصب والوقود النووي الانشطاري، ولحرق النفايات النووية. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] صُمم غطاء الوقود لاستخدام وقود قائم على TRISO مُبرد بملح منصهر مصنوع من خليط من فلوريد الليثيوم (LiF) وفلوريد البريليوم (BeF2 ) . [ 21 ]    

تعتمد محطات الطاقة النووية التقليدية على التفاعل المتسلسل الناتج عن إطلاق النيوترونات الحرارية في عمليات الانشطار، والتي بدورها تُسبب المزيد من عمليات الانشطار. يُطلق كل انشطار في اليورانيوم-235 نيوترونين أو ثلاثة نيوترونات بطاقة حركية  تبلغ حوالي 2 ميغا إلكترون فولت. من خلال الترتيب الدقيق واستخدام مواد امتصاص متنوعة، يستطيع المصممون موازنة النظام بحيث يُسبب أحد هذه النيوترونات انشطارًا آخر، بينما يُفقد النيوترون أو النيوترونان الآخران. تُعرف هذه الموازنة باسم "الحالة الحرجة" . يتكون اليورانيوم الطبيعي من مزيج من ثلاثة نظائر؛ بشكل رئيسي اليورانيوم-238 ، مع بعض اليورانيوم-235، وآثار ضئيلة من اليورانيوم-234. تُسبب النيوترونات المنبعثة في انشطار أي من النظيرين الرئيسيين انشطارًا في اليورانيوم-235، ولكن ليس في اليورانيوم-238، الذي يتطلب طاقات أعلى تبلغ حوالي 5 ميغا إلكترون فولت. لا يوجد ما يكفي من اليورانيوم-235 في اليورانيوم الطبيعي للوصول إلى الحالة الحرجة. تستخدم المفاعلات النووية التجارية ذات الماء الخفيف ، وهي أكثر مفاعلات الطاقة انتشارًا في العالم، وقودًا نوويًا يحتوي على يورانيوم مخصب بنسبة 3 إلى 5% من اليورانيوم-235 بينما المتبقي هو اليورانيوم-238. [ 22 ] [ 23 ] 

يُنتج كل تفاعل اندماجي في مفاعل الاندماج النووي DT جسيم ألفا ونيوترونًا سريعًا  بطاقة حركية تبلغ حوالي 14 ميغا إلكترون فولت. هذه الطاقة كافية لإحداث انشطار في اليورانيوم-238، والعديد من العناصر العابرة لليورانيوم الأخرى . يُستخدم هذا التفاعل في القنابل الهيدروجينية لزيادة إنتاجية قسم الاندماج عن طريق تغليفه بطبقة من اليورانيوم المنضب ، الذي يخضع لانشطار سريع عند اصطدامه بالنيوترونات المنبعثة من قنبلة الاندماج الموجودة بداخله. يمكن تطبيق المفهوم الأساسي نفسه على مفاعل اندماج مثل LIFE، حيث تُستخدم نيوتروناته لإحداث انشطار في غطاء من وقود الانشطار. على عكس مفاعل الانشطار، الذي ينفد وقوده بمجرد انخفاض مستوى اليورانيوم-235 إلى ما دون عتبة معينة، يمكن لهذه المفاعلات الهجينة ( الانشطار والاندماج ) الاستمرار في إنتاج الطاقة من وقود الانشطار طالما استمر مفاعل الاندماج في توفير النيوترونات. نظراً لطاقة النيوترونات العالية، يُمكنها إحداث عدة تفاعلات انشطارية، مما يؤدي إلى زيادة إنتاج الطاقة في المفاعل ككل، وهو مفهوم يُعرف بمضاعفة الطاقة . [ 25 ] حتى الوقود النووي المتبقي من المفاعلات النووية التقليدية يحترق بهذه الطريقة. وهذا أمرٌ جذابٌ لأنه يُحرق العديد من النظائر المشعة طويلة العمر، مُنتجاً نفايات ذات إشعاع منخفض وتفتقر إلى معظم المكونات طويلة العمر. [ 17 ]

في معظم تصميمات طاقة الاندماج، تتفاعل نيوترونات الاندماج مع طبقة من الليثيوم لإنتاج التريتيوم كوقود. تكمن إحدى المشكلات الرئيسية في تصميم الانشطار والاندماج في أن النيوترونات المسببة للانشطار لم تعد متاحة لإنتاج التريتيوم. فعلى الرغم من أن تفاعلات الانشطار تُطلق نيوترونات إضافية، إلا أن هذه النيوترونات لا تمتلك طاقة كافية لإتمام تفاعل الإنتاج مع الليثيوم-7، الذي يُشكل أكثر من 92% من الليثيوم الطبيعي. ستؤدي هذه النيوترونات ذات الطاقة المنخفضة إلى إنتاج الليثيوم-6، الذي يُمكن تركيزه من خام الليثيوم الطبيعي. ومع ذلك، فإن تفاعل الليثيوم-6 يُنتج ذرة تريتيوم واحدة فقط لكل نيوترون مُمتص، ويلزم أكثر من ذرة تريتيوم واحدة لكل نيوترون لتعويض التحلل الطبيعي والخسائر الأخرى. [ 26 ] باستخدام الليثيوم-6، تُعوض النيوترونات الناتجة عن الانشطار الخسائر، ولكن على حساب منعها من التسبب في تفاعلات انشطار أخرى، مما يُقلل من قدرة المفاعل. يتعين على المصمم اختيار أيهما أكثر أهمية. حرق الوقود من خلال نيوترونات الاندماج، أو توفير الطاقة من خلال أحداث الانشطار الذاتي. [ 27 ]

لطالما كانت الجدوى الاقتصادية لتصاميم الانشطار والاندماج موضع شك. ويمكن تحقيق التأثير الأساسي نفسه باستبدال مفاعل الاندماج المركزي بمفاعل انشطار مصمم خصيصًا، واستخدام النيوترونات الفائضة من الانشطار لتوليد الوقود في الغلاف. وقد أثبتت مفاعلات التوليد السريع هذه عدم جدواها الاقتصادية عمليًا، كما أن التكلفة الباهظة لأنظمة الاندماج في المفاعل الهجين للانشطار والاندماج تشير دائمًا إلى أنها ستكون غير اقتصادية ما لم تُبنَ في وحدات ضخمة جدًا. [ 28 ]

نظام ترفيهي متكامل

سيتم استخدام تصميم غرفة الهدف متعددة الأجزاء في منشأة الإشعال الوطنية في مشروع LIFE أيضاً. سيتم استخدام عدة غرف في محطة إنتاج الطاقة، مما يسمح باستبدالها لأغراض الصيانة.

توقف مفهوم LIFE عن العمل وفقًا لخطوط الاندماج والانشطار النووي حوالي عام 2009. وبعد التشاور مع شركائهم في قطاع الطاقة، تم توجيه المشروع نحو تصميم اندماج نووي خالص مع إنتاج كهربائي صافٍ يبلغ حوالي 1 جيجاوات. [ 29 ]

يُعدّ الاندماج بالقصور الذاتي  أحد مسارين رئيسيين لتطوير طاقة الاندماج، والآخر هو الاندماج بالحصر المغناطيسي ، ولا سيما مفهوم التوكاماك الذي يجري بناؤه في نظام تجريبي ضخم يُعرف باسم ITER . ويُعتبر الحصر المغناطيسي على نطاق واسع النهج الأفضل، وقد شهد نشاطًا تطويريًا أكبر بكثير على مدى العقود الماضية. ومع ذلك، ثمة مخاوف جدية من أن نهج الاندماج بالحصر المغناطيسي في ITER لن يصبح عمليًا من الناحية الاقتصادية أبدًا. [ 30 ]

من بين التحديات التي تواجه تصميمات المفاعلات متعددة الطبقات ذات التدفق النيوتروني المكثف، مثل مفاعل ITER، هو تعرض مواد المفاعل لتدفق النيوترونات الهائل الناتج عن تفاعلات الاندماج. فعندما تصطدم النيوترونات عالية الطاقة بالمواد، فإنها تُزيح الذرات في بنيتها، مما يؤدي إلى مشكلة تُعرف باسم " التقصف النيوتروني" تُضعف السلامة الهيكلية للمادة. تُعد هذه المشكلة موجودة أيضًا في مفاعلات الانشطار، إلا أن تدفق النيوترونات وطاقتها في مفاعل التوكاماك أكبر من معظم تصميمات الانشطار. في معظم تصميمات المفاعلات متعددة الطبقات ذات التدفق النيوتروني المكثف، يُبنى المفاعل على شكل طبقات، بدءًا من حجرة تفريغ داخلية حلقية الشكل، أو ما يُعرف بـ"الجدار الأول"، ثم غطاء الليثيوم، وأخيرًا المغناطيسات فائقة التوصيل التي تُنتج المجال الذي يحصر البلازما. يُعد توقف النيوترونات في غطاء الليثيوم أمرًا مرغوبًا فيه، لكن توقفها في الجدار الأول أو المغناطيسات يُضعفها. إن تفكيك مجموعة حلقية من العناصر عملية تستغرق وقتًا طويلًا، مما يؤدي إلى انخفاض عامل السعة ، وهو ما يؤثر بشكل كبير على جدوى النظام الاقتصادية. يتطلب الحد من هذا التأثير استخدام مواد غريبة لم يتم تطويرها بعد. [ 31 ]

نتيجةً طبيعيةً لحجم عناصر الوقود وما ينتج عنها من انفجارات، تستخدم تصاميم الاندماج بالقصور الذاتي غرفة تفاعل ضخمة يبلغ قطرها عدة أمتار. هذا يقلل من تدفق النيوترونات على أي جزء من جدار الغرفة وفقًا لقانون التربيع العكسي . إضافةً إلى ذلك، لا توجد مغناطيسات أو أنظمة معقدة أخرى بالقرب من المفاعل أو داخله، ويتم عزل الليزر على الجانب البعيد من مسارات بصرية طويلة. الجانب البعيد من الغرفة فارغ، مما يسمح بوضع الغطاء الواقي هناك وصيانته بسهولة. على الرغم من أن جدران غرفة التفاعل والبصريات النهائية ستصبح هشة في نهاية المطاف وتحتاج إلى استبدال، إلا أن الغرفة عبارة عن كرة فولاذية كبيرة ذات تصميم بسيط نسبيًا ومتعدد الأجزاء يمكن استبدالها دون عناء كبير. غرفة التفاعل، بشكل عام، أبسط بكثير من تلك الموجودة في مفاهيم الاندماج المغناطيسي، وقد اقترحت تصاميم LIFE بناء عدة غرف ونقلها بسرعة من وإلى خط الإنتاج. [ 32 ]

قيود أنظمة الترفيه على متن الطائرة

تُعتبر مصابيح الوميض الضخمة في جهاز NIF غير فعالة وغير عملية. وقد استكشف مشروع LIFE حلولاً لاستبدال هذه المصابيح بأشعة ليزر أصغر حجماً وأكثر كفاءة تعمل بتقنية LED.

يستخدم ليزر NIF نظامًا من أنابيب وميض كبيرة (شبيهة بتلك الموجودة في مصباح فلاش التصوير) لضخ عدد كبير من الألواح الزجاجية ضوئيًا. بمجرد وميض الألواح واستقرارها في حالة انعكاس التوزيع ، تُغذى إشارة صغيرة من ليزر منفصل إلى الخطوط الضوئية، مما يحفز الانبعاث في الألواح. ثم تُفرغ الألواح طاقتها المخزنة في الحزمة المتنامية، مما يُضخمها مليارات المرات. [ 33 ]

تُعدّ هذه العملية غير فعّالة للغاية من حيث الطاقة؛ إذ يُغذّي مرفق الإشعال الوطني (NIF) أنابيب الوميض بأكثر من 400  ميغا جول من الطاقة، ما يُنتج 1.8  ميغا جول من الأشعة فوق البنفسجية . ونظرًا لمحدودية حجرة الهدف، لا يستطيع مرفق الإشعال الوطني التعامل إلا مع نواتج اندماج تصل إلى حوالي 50 ميغا جول، مع العلم أن كمية الطاقة الناتجة عن كل عملية اندماج تُقدّر عادةً بنصف هذه الكمية تقريبًا  . وباحتساب الفاقد في الطاقة المُولّدة،  يُمكن استخلاص 20 ميغا جول من الطاقة الكهربائية كحد أقصى، وهو ما يُمثّل أقل من 1/20 من الطاقة المُدخلة. [ 33 ]

من المشاكل الأخرى التي تواجه ليزرات NIF أن أنابيب الوميض تُولّد كمية كبيرة من الحرارة، مما يُسخّن زجاج الليزر لدرجة تُسبب تشوّهه. وهذا يتطلب فترة تبريد طويلة بين كل طلقة وأخرى، تصل إلى 12 ساعة. عمليًا، لا تتجاوز سرعة إطلاق الليزرات في NIF طلقة واحدة يوميًا. [ 34 ] ولكي يكون NIF مُجديًا كمحطة طاقة، يجب أن يُطلق حوالي 12 طلقة كل ثانية، وهو ما يتجاوز بكثير قدرات ليزرات NIF.

عندما وضع نوكولز التصور الأولي لحصر الاندماج بالقصور الذاتي المُوجَّه بالليزر، كان من المتوقع أن يتطلب ليزرات بقوة بضع مئات من الكيلوجول، وأن يستخدم قطرات وقود مُولَّدة بواسطة نظام رشّ العطور . [ 35 ] أظهرت أبحاث مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) منذ ذلك الحين أن هذا النظام غير عملي، ويتطلب تجميعات مُصنَّعة لكل عملية إطلاق. ولكي يكون جهاز حصر الاندماج بالقصور الذاتي مُجديًا اقتصاديًا، سيحتاج إلى استخدام تجميعات وقود زهيدة التكلفة. مع أن مختبر لورانس ليفرمور الوطني لا يُفصح عن أسعار أهدافه، إلا أن النظام المُشابه في مختبر طاقة الليزر بجامعة روتشستر يُنتج أهدافًا بتكلفة مليون دولار تقريبًا للهدف الواحد. [ 36 ] ويُشير البعض إلى أن تكلفة أهداف مرفق الإشعال الوطني (NIF) تتجاوز 10,000 دولار. [ 37 ] [ 38 ]

الزئبق

بدأ مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) باستكشاف حلول مختلفة لمشكلة الليزر أثناء وصف النظام لأول مرة. وفي عام 1996، قاموا ببناء نظام اختبار صغير يُعرف باسم ليزر الزئبق، والذي استبدل أنابيب الوميض بثنائيات ليزرية. [ 39 ]

إحدى مزايا هذا التصميم هي أن الثنائيات تُنتج ضوءًا بتردد قريب من تردد خرج زجاج الليزر، [ 40 ] مقارنةً بأنابيب الوميض الضوئي الأبيض حيث تُهدر معظم طاقة الوميض لعدم قربها من التردد الفعال لزجاج الليزر. [ 41 ] وقد أدى هذا التغيير إلى زيادة كفاءة الطاقة إلى حوالي 10%، وهو تحسن ملحوظ. [ 39 ]

بالنسبة لأي كمية معينة من طاقة الضوء المُولَّدة، تُصدر ليزرات الديود حوالي ثلث كمية الحرارة التي يُصدرها أنبوب الوميض. وقد ساهم انخفاض الحرارة، بالإضافة إلى التبريد النشط باستخدام غاز الهيليوم المُضخ بين الديودات وطبقات زجاج الليزر، في منع ارتفاع درجة حرارة الزجاج، مما سمح لجهاز ميركوري بالعمل بشكل متواصل. [ 40 ] في عام 2008، تمكن جهاز ميركوري من إطلاق 10 طلقات في الثانية، بطاقة 50 جول لكل طلقة، لساعات متواصلة. [ 39 ]

استكشفت عدة مشاريع أخرى، بالتوازي مع مشروع ميركوري، طرقًا ومفاهيم تبريد متنوعة سمحت بتجميع العديد من ثنائيات الليزر في حيز صغير جدًا. وقد أنتجت هذه المشاريع في نهاية المطاف نظامًا بقدرة 100  كيلوواط من طاقة الليزر من صندوق يبلغ طوله حوالي 50 سنتيمترًا (20 بوصة) ، يُعرف باسم مصفوفة الثنائيات. في تصميم LIFE، ستحل هذه المصفوفات محل تغليف الثنائيات الأقل كثافة في تصميم ميركوري. [ 39 ] 

شعاع في صندوق

كان مشروع LIFE في جوهره مزيجًا من مفاهيم مشروع Mercury وترتيبات فيزيائية جديدة لتقليل حجم مرفق الإشعال الوطني (NIF) بشكل كبير، مع تسهيل بنائه وصيانته. فبينما يتجاوز طول خط شعاع الليزر في NIF، المخصص لأحد ليزراته الـ 192، 100 متر (330 قدمًا) ، اعتمد تصميم LIFE على هيكل بطول 10.5 متر (34 قدمًا) تقريبًا ، يضم جميع المكونات من مصادر الطاقة إلى بصريات تحويل التردد. وكانت كل وحدة مستقلة تمامًا، على عكس NIF الذي يُغذى بإشارة مركزية من المذبذب الرئيسي، مما يسمح بإزالة الوحدات واستبدالها بشكل فردي مع استمرار تشغيل النظام ككل. [ 42 ]  

احتوت كل خلية تشغيل في التصميم الأساسي لـ LIFE على صفيفين من الثنائيات عالية الكثافة، مُرتبة على جانبي لوح كبير من زجاج الليزر. ووُفر التبريد للصفيفين عبر أنابيب توصيل في طرفي الوحدة. ووُفرت نبضة الليزر الأولية بواسطة وحدة تضخيم أولي مشابهة لتلك الموجودة في NIF، حيث تم تحويل خرجها إلى خط الحزمة الرئيسي عبر مرآة ومفتاح بصري من نوع بوكلز . ولتحقيق أقصى قدر من الطاقة المُودعة في الحزمة من زجاج الليزر، استُخدمت مفاتيح بصرية لإرسال الحزمة إلى مرايا لعكس الضوء عبر الزجاج أربع مرات، بطريقة مشابهة لـ NIF. [ 40 ] وأخيرًا، تم توفير التركيز والتنظيف البصري بواسطة بصريات على جانبي الزجاج، قبل أن تخرج الحزمة من النظام عبر مُحول تردد في أحد طرفيها. [ 42 ]

بفضل صغر حجم وحدات الليزر واستقلاليتها، تم الاستغناء عن مبنى NIF الضخم. وبدلاً من ذلك، رُتبت الوحدات في مجموعات تحيط بحجرة الهدف بترتيب مُدمج. في التصاميم الأساسية، رُصّت الوحدات في مجموعات بعرض وحدتين وارتفاع 8 وحدات في حلقتين أعلى وأسفل حجرة الهدف، حيث تُسلط أضواؤها عبر ثقوب صغيرة محفورة في الحجرة لحمايتها من تدفق النيوترونات العائد. [ 43 ]

كان الهدف النهائي هو إنتاج نظام يُمكن شحنه في شاحنة نقل تقليدية إلى محطة الطاقة، مُوفراً طاقة ليزر بكفاءة إجمالية تبلغ 18%، أي 15 ضعف كفاءة نظام NIF. يُقلل هذا من مكاسب الاندماج المطلوبة إلى ما بين 25 و50، ضمن القيم المُتوقعة لنظام NIF. واتفق الجميع على أن هذا النظام المُدمج يُمكن بناؤه بتكلفة 3 سنتات لكل واط من طاقة الليزر، والتي ستنخفض إلى 0.7 سنت/واط في الإنتاج المُستدام. هذا يعني أن محطة LIFE كاملة ستتطلب ما  قيمته حوالي 600 مليون دولار من الثنائيات فقط، وهو مبلغ كبير، ولكنه ضمن نطاق الإمكانية الاقتصادية. [ 42 ]

أهداف غير مكلفة

تُعدّ أهداف NIF (المتمركزة داخل الحامل) عبارة عن تجميعات مصنّعة آلياً باهظة الثمن، تبلغ تكلفتها آلاف الدولارات لكل منها. وقد عمل مشروع LIFE مع شركاء صناعيين لخفض هذه التكلفة إلى أقل من دولار واحد.

تُعدّ أهداف مرفق الإشعال الوطني (NIF) باهظة الثمن للغاية. يتكون كل هدف من أسطوانة معدنية صغيرة مفتوحة الطرفين، مزودة بنافذتين زجاجيتين شفافتين تُغلقان طرفيها. ولتحويل ضوء ليزر التشغيل بكفاءة إلى أشعة سينية تُحفّز عملية الضغط، يجب طلاء الأسطوانة بالذهب أو معادن ثقيلة أخرى . وفي الداخل، معلقة بأسلاك بلاستيكية دقيقة، توجد كرة بلاستيكية مجوفة تحتوي على الوقود. ولضمان انضغاط متناظر، تتطلب الأسطوانة المعدنية والكرة البلاستيكية دقة تصنيع عالية للغاية. يُوضع الوقود، وهو عادةً غاز في درجة حرارة الغرفة، داخل الكرة، ثم يُجمّد تجميدًا عميقًا حتى يلتصق بسطحها الداخلي. بعد ذلك، يُصقل بتسخينه ببطء باستخدام ليزر الأشعة تحت الحمراء لتشكيل  طبقة ناعمة بسمك 100 ميكرومتر على السطح الداخلي للكرة. يُكلّف كل هدف عشرات الآلاف من الدولارات. [ 37 ]

لمعالجة هذا القلق، بُذلت جهود كبيرة في مشروع LIFE لتطوير تصاميم مبسطة للأهداف وتقنيات بناء آلية من شأنها خفض تكلفتها. وبالتعاون مع شركة جنرال أتوميكس ، طوّر فريق LIFE مفهومًا يعتمد على مصانع وقود في الموقع لإنتاج الكريات بكميات كبيرة، بمعدل مليون كريات يوميًا. وكان من المتوقع أن يُخفّض هذا سعر الهدف الواحد إلى حوالي 25 سنتًا [ 44 ] ، مع أن مراجع أخرى تشير إلى أن سعر الهدف كان أقرب إلى 50 سنتًا، وتتراوح تقديرات مختبر لورانس ليفرمور الوطني بين 20 و30 سنتًا [ 45 ] .

من المزايا الأقل وضوحًا لمفهوم LIFE انخفاض كمية التريتيوم اللازمة لبدء تشغيل النظام بشكل كبير مقارنةً بمفاهيم MFE. ففي MFE، تُحضّر كمية كبيرة نسبيًا من الوقود وتُوضع في المفاعل، مما يتطلب جزءًا كبيرًا من إجمالي إمدادات التريتيوم المدنية في العالم لمجرد بدء التشغيل. أما LIFE، بفضل الكمية الضئيلة من الوقود في كل حبة، فيمكنها بدء العمليات بكمية أقل بكثير من التريتيوم، تصل إلى عُشر الكمية المطلوبة . [ 32 ]

التصميم العام

نظام الاندماج النووي LIFE.1/MEP. تُمثل أشعة الليزر الصناديق الرمادية المرتبة في مجموعات أعلى وأسفل مبنى الاحتواء (الأشعة السفلية بالكاد مرئية). ينعكس ضوءها الأزرق عبر المسارات البصرية إلى حجرة الهدف في المركز. تقوم الآلات الموجودة على اليسار بتدوير الليثيوم السائل أو FLiBe ، الذي يسحب الحرارة من الحجرة لتبريدها، ويوفر الحرارة للمولدات، ويستخلص التريتيوم كوقود.

لم تكن التصاميم الأولية لأنظمة الاندماج والانشطار النووي متطورة بشكل كافٍ، ولم يُعرض سوى مخططات توضيحية للمفهوم. بدت هذه الأنظمة كنسخة مصغرة من مرفق الإشعال الوطني (NIF)، حيث يبلغ طول خطوط الشعاع حوالي 100 متر (330 قدمًا) على جانبي حجرة الهدف ومنطقة توليد الطاقة. أنتج الليزر 1.4 ميغا جول من الأشعة فوق البنفسجية 13 مرة في الثانية. جرى الاندماج في حجرة هدف طولها 2.5 متر (8 أقدام وبوصتان) محاطة بـ 40 طنًا قصيرًا (36,000 كيلوغرام) من وقود الانشطار غير المخصب، أو بديلًا عن ذلك، حوالي 7 أطنان قصيرة (6,400 كيلوغرام) من البلوتونيوم أو اليورانيوم عالي التخصيب من الأسلحة. كان من المتوقع أن ينتج نظام الاندماج طاقة اندماج (Q) تتراوح بين 25 و30، مما ينتج عنه طاقة اندماج تتراوح بين 350 و500 ميغاواط. تُضيف عمليات الانشطار الناتجة عن الاندماج طاقة إضافية تتراوح بين 4 و10 أضعاف، مما ينتج عنه إجمالي طاقة حرارية يتراوح بين 2000 و5000 ميغاواط حراري . وباستخدام أنظمة تحويل الطاقة الحرارية إلى كهربائية عالية الكفاءة ، مثل تصميمات دورة رانكين، بالإضافة إلى مولدات البخار فوق الحرجة المُثبتة ، يُمكن تحويل حوالي نصف الطاقة الحرارية الناتجة إلى كهرباء. [ 46 ] [ 47 ]        

بحلول عام 2012، استقر التصميم الأساسي لمفهوم الاندماج النووي الخالص، المعروف باسم محطة دخول السوق (MEP) . [ ب ] كان هذا التصميم مكتفيًا ذاتيًا، حيث تم تجميع قسم الاندماج بالكامل داخل مبنى أسطواني خرساني يشبه مبنى احتواء مفاعل الانشطار، وإن كان أكبر حجمًا بقطر 100 متر (330 قدمًا) . [ 49 ] كان المبنى المركزي محاطًا بمبنيين مستطيلين أصغر حجمًا على كلا الجانبين، أحدهما يحتوي على التوربينات وأنظمة معالجة الطاقة، والآخر على وحدة التريتيوم. أما المبنى الثالث، فكان يُستخدم للصيانة، إما متصلًا بالمحطة أو خلفها حسب المخطط. [ 50 ] 

داخل مبنى الاندماج المركزي، رُتِّبت ليزرات الحزمة داخل الصندوق في حلقتين، إحداهما فوق حجرة الهدف والأخرى أسفلها. يُنتج ما مجموعه 384 ليزرًا طاقة 2.2  ميغا جول من الأشعة فوق البنفسجية بطول موجي 0.351 ميكرومتر، [ 40 ] مما يُنتج عامل جودة (Q ) قدره 21. استُخدم مدفع غاز خفيف لإطلاق 15 هدفًا في الثانية داخل حجرة الهدف. [ 51 ] مع كل إطلاق، ترتفع درجة حرارة الجدار الداخلي لحجرة الهدف من 600 درجة مئوية (1112 درجة فهرنهايت) إلى 800 درجة مئوية (1470 درجة فهرنهايت) . [ 52 ]    

حجرة الهدف عبارة عن هيكل ذي جدارين مملوء بالليثيوم السائل أو سبيكة من الليثيوم بين الجدارين. [ 53 ] يلتقط الليثيوم النيوترونات الناتجة عن التفاعلات لتوليد التريتيوم، ويعمل أيضًا كحلقة تبريد أساسية. [ 54 ] تُملأ الحجرة بغاز الزينون الذي يُبطئ الأيونات الناتجة عن التفاعل، كما يحمي الجدار الداخلي، أو الجدار الأول ، من التدفق الهائل للأشعة السينية . [ 50 ] ولأن الحجرة ليست مضغوطة بشدة، مثل قلب المفاعل النووي، فلا يلزم بناؤها على شكل كرة واحدة. بدلاً من ذلك، تُبنى حجرة LIFE من ثمانية أقسام متطابقة تتضمن وصلات مدمجة بحلقة التبريد. تُشحن هذه الأقسام إلى المحطة وتُثبت معًا بمسامير على دعامتين، ثم تُحاط بإطار فضائي أنبوبي. [ 55 ]

لمعالجة مشكلة التقصف، صُممت حجرة الهدف بأكملها بحيث يمكن نقلها بسهولة من مركز المبنى على قضبان إلى مبنى الصيانة حيث يمكن إعادة بنائها. كان من المتوقع أن تدوم الحجرة أربع سنوات، وأن يتم استبدالها في غضون شهر واحد. النظام البصري منفصل عن الحجرة، مما يعزله عن الاهتزازات أثناء التشغيل، ويعني أنه لا يلزم إعادة محاذاة خطوط الحزمة نفسها بعد استبدال الحجرة. [ 50 ]

كانت للمحطة قدرة توليد قصوى، أو قدرة اسمية ، تبلغ حوالي 400  ميجاوات، مع ميزات تصميم تسمح بالتوسع إلى ما يصل إلى 1000  ميجاوات. [ 56 ]

الاقتصاد

معلمات محطة LIFE (MEP: النموذج الأولي  ؛ LIFE.2: محطة تجارية من الجيل الأول) [ 47 ]
عضو البرلمان الأوروبيالحياة.2
طاقة الليزر على الهدف، ميغا جول2.22.2
المحصول المستهدف، ميغا جول132132
معدل تكرار النبض، هرتز8.316.7
طاقة الاندماج، ميغاواط11002200
الطاقة الحرارية، ميغاواط حراري13202640
مادة الحجرةRAFMS [ ج ]نظام تخزين الطاقة ODS
نصف قطر الجدار الأول، م6.06.0
حمل النيوترونات على الجدار، ميغاواط/ م²1.83.6
الحمل الحراري السطحي، ميغاواط/ م²0.631.26
نسبة تكاثر التريتيوم1.051.05
سائل التبريد الأساسيليلي
سائل تبريد وسيطالملح المنصهرالملح المنصهر
درجة حرارة مخرج الحجرة، °م530575
كفاءة التحويل،  %4547
القدرة الإجمالية، ميغاواط5951217
مدخلات الطاقة الكهربائية لليزر، ميغاواط124248
حمل الطاقة داخل المصنع، ميغاواط3464
صافي الطاقة الكهربائية، ميغاواط437905

يمكن حساب التكلفة المُعدّلة للكهرباء (LCoE) بقسمة التكلفة الإجمالية لبناء وتشغيل نظام توليد الطاقة طوال عمره على إجمالي كمية الكهرباء المُصدّرة إلى الشبكة خلال تلك الفترة. وتُمثّل هذه التكلفة مزيجًا من النفقات الرأسمالية ( CAPEX ) للمحطة وفوائدها، بالإضافة إلى التكلفة المُخصومة للوقود، وتكاليف الصيانة اللازمة لتشغيلها وتفكيكها، والنفقات التشغيلية المُخصومة (OPEX). أما كمية الطاقة، فتُحسب عادةً بأخذ ذروة الطاقة التي يُمكن للمحطة إنتاجها في الاعتبار، ثم تعديلها بمعامل السعة (CF) لمراعاة فترات التوقف الناتجة عن الصيانة أو خفض الإنتاج المُتعمّد. ولحساب سريع، يُمكن تجاهل التضخم وتكاليف الفرصة البديلة والنفقات التشغيلية البسيطة للوصول إلى مؤشر لقيمة تكلفة الكهرباء. [ 57 ]

لم يكن تصميم MEP مُصمماً للإنتاج، وكان سيقتصر على تصدير كميات صغيرة من الكهرباء. مع ذلك، شكّل أساساً لأول نموذج إنتاجي، وهو LIFE.2. سيُنتج LIFE.2  طاقة اندماجية مقدارها 2.2 جيجاواط، ويُحوّلها إلى 1  جيجاواط من الكهرباء بكفاءة 48%. [ 51 ] على مدار عام، سيُنتج LIFE طاقةً تُعادل  8  مليارات كيلوواط ساعة (365 يومًا × 24 ساعة × معامل قدرة 0.9 × 1,000,000 كيلوواط). لتوليد هذه الطاقة، سيحتاج النظام إلى حرق 425 مليون حبة وقود (365 × 24 × 60 دقيقة × 60 ثانية × 15 حبة في الثانية × 0.9 سعة) . إذا كان سعر الحبة الواحدة 50 سنتًا، فإن تكلفة تشغيل المحطة  ستتجاوز 200 مليون دولار سنويًا. (متوسط ​​سعر الكهرباء بالجملة في الولايات المتحدة عام 2015). تبلغ التكلفة حوالي 5 سنتات/كيلوواط ساعة، [ 58 ] لذا فإن هذه الطاقة لها قيمة تجارية تبلغ حوالي 212  مليون دولار، مما يشير إلى أن مشروع LIFE.2 سيغطي بالكاد، في المتوسط، تكاليف وقوده. [ د ]

تُقدّر النفقات الرأسمالية للمحطة بـ 6.4  مليار دولار، لذا فإن تمويلها على مدى 20 عامًا يُضيف 5  مليارات دولار أخرى بافتراض معدل فائدة غير مضمون بنسبة 6.5%. وبالنظر إلى النفقات الرأسمالية والوقود فقط، فإن التكلفة الإجمالية للمحطة هي 6.4 + 5 + 4 = 15.4  مليار دولار. وبقسمة التكلفة الإجمالية على الطاقة المنتجة خلال نفس الفترة، نحصل على تقدير تقريبي لتكلفة الكهرباء لتشغيل المحطة لمدة 20 عامًا: 15.4  مليار دولار / 160  مليار  كيلوواط ساعة = 9.6  سنت/كيلوواط ساعة. أما في حال تشغيل المحطة لمدة 40 عامًا، فستكون تكلفة الكهرباء 4.8  سنت/كيلوواط ساعة. وقد حسب مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) تكلفة إنتاج الكهرباء (LCOE) لمحطة LIFE.2 عند 9.1 سنت باستخدام منهجية التدفقات النقدية المخصومة الموضحة في تقرير معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا لعام 2009 بعنوان "مستقبل الطاقة النووية". [ 51 ] [ 60 ] باستخدام أي من القيمتين، لن يكون مشروع LIFE.2 قادراً على منافسة مصادر الطاقة المتجددة الحديثة ، والتي تقل تكلفتها عن 5 سنتات/كيلوواط ساعة اعتباراً من عام 2018.[ 61 ]​

توقع مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) أن يؤدي التطوير الإضافي بعد الانتشار التجاري الواسع النطاق إلى مزيد من التحسينات التكنولوجية وخفض التكاليف، واقترح تصميم LIFE.3 بتكلفة  رأسمالية تبلغ حوالي 6.3 مليار دولار أمريكي وقدرة اسمية تبلغ 1.6  جيجاواط بسعر 4.2 دولار أمريكي/ واط . ويؤدي هذا إلى تكلفة مُتوقعة للطاقة المُستوية تبلغ 5.5 سنت/كيلوواط ساعة، [ 51 ] وهي تكلفة تنافسية مع طاقة الرياح البحرية اعتبارًا من عام 2018.[ 62 ] ولكن من غير المرجح أن يكون الأمر كذلك في عام 2040 عندما تبدأ تصاميم LIFE.3 في الإنشاء. [ هـ ] ستكون محطات LIFE بائعين بالجملة، يتنافسون مع سعر الحمل الأساسي الذي يبلغ حوالي 5.3 سنتات/كيلوواط ساعة اعتبارًا من عام 2015 .[ 58 ]​

تُكلّف قاعة التوربينات ، وهي قسم التوربينات البخارية في محطة توليد الطاقة ، حوالي دولار واحد لكل واط، وتُكلّف المعدات الكهربائية اللازمة لتغذية الشبكة بهذه الطاقة حوالي دولار واحد آخر لكل واط. [ 64 ] وللوصول إلى إجمالي النفقات الرأسمالية المتوقعة والمذكورة في وثائق مشروع LIFE، فهذا يعني أن تكلفة الجزيرة النووية بأكملها يجب أن تبلغ حوالي 4 دولارات لكل واط لمشروع LIFE.2، وأكثر بقليل من دولارين لكل واط لمشروع LIFE.3. أما محطات الطاقة النووية الحديثة، التي استفادت من عقود من الخبرة التجارية والعمل التصميمي المستمر، فتُكلّف أقل بقليل من 8 دولارات لكل واط، ويُشكّل الجزء النووي منها نصف هذه التكلفة تقريبًا. وتشير تقديرات مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) إلى ضرورة بناء مشروع LIFE.3 في عام 2040 بنصف تكلفة محطة الانشطار النووي الحالية تقريبًا. [ 65 ]

نهاية الحياة

اكتمل بناء مرفق الإشعال الوطني (NIF) في عام 2009، وبدأ المختبر فترة طويلة من المعايرة والإعداد لرفع كفاءة الليزر إلى أقصى حد. وبلغت المحطة طاقتها التصميمية البالغة 1.8  ميغا جول من الأشعة فوق البنفسجية في عام 2012. [ 66 ] خلال هذه الفترة، بدأ مرفق الإشعال الوطني (NIF) بتنفيذ برنامج مرحلي يُعرف باسم الحملة الوطنية للإشعال، بهدف الوصول إلى الإشعال بحلول 30 سبتمبر 2012. وفي نهاية المطاف، فشلت الحملة بسبب ظهور مشاكل أداء غير متوقعة لم تكن متوقعة في عمليات المحاكاة. وبحلول نهاية عام 2012، كان النظام يُنتج أفضل النتائج الممكنة، والتي كانت لا تزال تُشكل عُشر الضغوط اللازمة لتحقيق الإشعال. [ 67 ]

خلال مراجعة التقدم المحرز بعد انتهاء الحملة، ذكرت لجنة مراجعة تابعة للأكاديمية الوطنية للعلوم أن "الوقت المناسب لإنشاء برنامج وطني منسق وواسع النطاق لطاقة الاندماج بالقصور الذاتي ضمن وزارة الطاقة هو عند تحقيق الإشعال". [ 68 ] وأشاروا إلى أن "اللجنة تُقيّم أن الإشعال باستخدام الدفع غير المباشر بالليزر غير مرجح في السنوات القليلة المقبلة". [ 69 ]

أُلغي مشروع LIFE بهدوء في أوائل عام 2013. [ 70 ] وعلق بريت كناب، المدير بالإنابة لمختبر لورانس ليفرمور الوطني، على هذه المسألة قائلاً: "ينصب تركيز جهودنا في مجال الاندماج بالقصور الذاتي على فهم عملية الاشتعال في مرفق الإشعال الوطني (NIF) بدلاً من مفهوم LIFE. وإلى حين إحراز مزيد من التقدم في مجال الاشتعال، سنوجه جهودنا نحو حل التحديات العلمية الأساسية المتبقية لتحقيق اشتعال الاندماج." [ 1 ]

ملحوظات

  1. ↑ أو، بشكل أكثر شيوعًا، عندما "تسمم" نواتج أحداث الانشطار السابقة التفاعل الجاري عن طريق التقاط النيوترونات. [ 24 ]
  2. ↑ يُشار إليه باسم LIFE.1 في وثائق أخرى. [ 48 ]
  3. ↑ RAFMS تعني الفولاذ الفريتي/المارتنسيتي منخفض التنشيط.
  4. انخفضت أسعار الجملة منذ عام 2015، وبحلول عام 2018، أصبح متوسط ​​التكلفة أقرب إلى 3 سنتات/كيلوواط ساعة، مما يعني أن مشروع LIFE.2 سيتكبد خسائر حتى مع أدنى الأسعار المستهدفة الممكنة. [ 59 ]
  5. ↑ انخفضت تكلفة إنتاج الطاقة من توربينات الرياح (تحسنت) بنسبة 58% بين عامي 2009 و2014، لتصل إلى ما يزيد قليلاً عن 5.5 سنت/كيلوواط ساعة. [ 63 ]

مراجع

الاقتباسات

  1. 1 2 كريمر، ديفيد (أبريل 2014). "ليفرمور ينهي حياة". فيزياء اليوم . 67 (4): 26-27 . Bibcode : 2014PhT....67R..26K . doi : 10.1063/PT.3.2344 .
  2. ↑ نوكولز 1998 ، ص 1-2.
  3. ↑ نوكولز، جون؛ وود، لويل؛ ثيسن، ألبرت؛ زيمرمان، جورج (1972). "ضغط المادة بالليزر إلى كثافات فائقة: تطبيقات التفاعلات النووية الحرارية (CTR)". مجلة نيتشر . 239 (5368): 139-142 . Bibcode : 1972Natur.239..139N . doi : 10.1038/239139a0 . S2CID 45684425 . 
  4. ↑ "كيف يعمل مرفق الإشعال الوطني" (NIF) . مختبر لورانس ليفرمور الوطني .
  5. ↑ بيترسون، بير ف. (23 سبتمبر 1998). "طاقة الاندماج بالقصور الذاتي: دليل إرشادي حول التكنولوجيا والاقتصاد" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 21 ديسمبر 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 أكتوبر 2013 .
  6. ↑ بيث 1979 ، ص 45.
  7. ↑ فيريسين، إميليانو (30 أبريل 2010). "مفاعل الاندماج يهدف إلى منافسة ITER" . مجلة نيتشر . doi : 10.1038/news.2010.214 .
  8. ↑ نوكولز 1998 ، ص 4.
  9. ↑ نوكولز 1998 ، الشكل 4.
  10. ↑ زيمرمان، ج (6 أكتوبر 1977). برنامج LASNEX للاندماج بالقصور الذاتي (تقرير فني). مختبر لورانس ليفرمور.
  11. ↑ ليندل 1993 ، الشكل 5.
  12. ↑ ليندل 1993 ، الشكل 8.
  13. ↑ باركر، آن (سبتمبر 2002). "تمكين الضوء: إنجازات تاريخية في أبحاث الليزر" . مجلة العلوم والتكنولوجيا . مؤرشف من الأصل في 6 أبريل 2015. تم الاطلاع عليه في 2 أبريل 2015 .
  14. ↑ SOLASE-H، دراسة هجينة عن الاندماج بالليزر (ملف PDF) (تقرير فني). معهد تكنولوجيا الاندماج، جامعة ويسكونسن. مايو 1979.
  15. ↑ موير، رالف (1992). "تصميم محطة طاقة الاندماج بالقصور الذاتي HYLIFE-II" (ملف PDF) . مسرعات الجسيمات : 467-480 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 2015-04-02 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2015-04-02 .
  16. ↑ الحياة .
  17. 1 2 Bethe 1979 ، ص 44.
  18. ↑ كريمر، كيفن جيه؛ لاتكوفسكي، جيفري إف؛ أبوت، رايان بي؛ بويد، جون كيه؛ باورز، جيفري جيه؛ سيفرايد، جيفري إي. (2009). "تحليل نقل النيوترونات والاحتراق النووي لمحرك طاقة الاندماج والانشطار بالقصور الذاتي الليزري (LIFE)" ( ملف PDF) . علوم وتكنولوجيا الاندماج . 56 (2): 625-631 . Bibcode : 2009FuST...56..625K . doi : 10.13182/FST18-8132 . ISSN 1536-1055 . OSTI 964093. S2CID 101009479 .   
  19. ↑ موسى، إدوارد الأول؛ دياز دي لا روبيا، توماس؛ ستورم، إريك؛ لاتكوفسكي، جيفري ف؛ فارمر، جوزيف س؛ أبوت، رايان ب؛ كرامر، كيفن ج؛ بيترسون، بير ف؛ شو، هنري ف (2009). " دورة وقود نووي مستدامة تعتمد على طاقة الاندماج بالقصور الذاتي الليزري" (ملف PDF) . علوم وتكنولوجيا الاندماج . 56 (2): 547-565 . Bibcode : 2009FuST...56..547M . doi : 10.13182/FST09-34 . ISSN 1536-1055 . OSTI 957168. S2CID 19428343 .   
  20. ↑ كريمر، كيفن جيمس (2010). الطاقة القائمة على الاندماج بالقصور الذاتي الليزري: جوانب التصميم النيوتروني لنظام طاقة نووية هجين للاندماج والانشطار (PDF) . أطروحة دكتوراه (تقرير).
  21. ^ كرامر، كيفن ج. فراتوني، ماسيميليانو؛ لاتكوفسكي، جيفري ف. أبوت، ريان P.؛ أنكلام، توماس م.؛ بيكيت، إليزابيث م.؛ بيراميان، آندي ج.؛ ديموث، جيمس أ. ديري، روبرت ج. (2011). “خيارات بطانية الانصهار الانشطاري لمحرك LIFE” (PDF) . علوم الانصهار والتكنولوجيا . 60 (1): 72–77 . بيب كود : 2011FuST...60...72K . دوى : 10.13182/FST10-295 . ISSN 1536-1055 . S2CID 55581271 .  
  22. ↑ برينين 2005 ، ص 16.
  23. ↑ برينين 2005 ، ص 19.
  24. ↑ "التسمم بمنتجات الانشطار" (ملف PDF) ، النظرية النووية، الدورة 227 ، يوليو 1979
  25. ↑ مبادئ طاقة الاندماج . دار النشر المتحالفة. 2002. ص 257. 
  26. ↑ مورو، د. (نوفمبر 2011). التريتيوم (ملف PDF) (تقرير فني). لجنة جيسون.
  27. ↑ بيث 1979 ، ص 46.
  28. ↑ تيني، ف.؛ وآخرون . (نوفمبر 1978). دراسة أنظمة مفاعلات الاندماج والانشطار من نوع توكاماك (ملف PDF) (تقرير فني). مختبر برينستون لفيزياء البلازما. الصفحات 336-337 .  
  29. ↑ دان 2010 ، ص. 2.
  30. ↑ ريفكين، أندرو (18 أكتوبر 2012). "مع ميزانيات البحث المحدودة، هل هناك مجال للوعد الأبدي بالاندماج النووي؟" . صحيفة نيويورك تايمز . تم الاطلاع عليه في 1 مايو 2017 .
  31. ↑ بلوم، إيفريت (1998). "تحدي تطوير المواد الهيكلية لأنظمة الطاقة الاندماجية" (ملف PDF) . مجلة المواد النووية . 258-263 : 7-17 . Bibcode : 1998JNuM..258....7B . doi : 10.1016/s0022-3115(98)00352-3 .
  32. 1 2 "لماذا LIFE: مزايا منهج LIFE" . مختبر لورانس ليفرمور الوطني. مؤرشف من الأصل في 6 مايو 2016.
  33. 1 2 "كيف يعمل مرفق الإشعال الوطني" . مرفق الإشعال الوطني وعلوم الفوتون .
  34. ↑ "وصف خطط زيادة قدرة معدل إطلاق النار في مرفق الإشعال الوطني" . نشرة الفوتونات والاندماج . مارس 2014.
  35. ↑ نوكولز 1998 ، ص 5.
  36. ↑ موير، مايكل (مارس 2010). "الفجر الكاذب للاندماج النووي". مجلة ساينتفك أمريكان . ص 57. 
  37. 1 2 كورتلاند 2013 .
  38. ↑ ساتون 2011 .
  39. 1 2 3 4 عطارد .
  40. 1 2 3 4 إيبرز 2009 .
  41. ↑ ليزر .
  42. 1 2 3 بايراميان 2012 .
  43. ↑ اقتصادي .
  44. ↑ "ما هي الحياة؟" . مختبر لورانس ليفرمور الوطني.{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  45. ↑ دان 2010 ، ص 8.
  46. ↑ موسى 2009 ، الشكل 1.
  47. 1 2 ماير، دبليو آر؛ دان، إيه إم؛ كرامر، كيه جيه؛ رييس، إس؛ أنكلام، تي إم (2014). "جوانب تكنولوجيا الاندماج لطاقة الاندماج بالقصور الذاتي الليزري (LIFE)" . هندسة وتصميم الاندماج . وقائع الندوة الدولية الحادية عشرة حول تكنولوجيا الاندماج النووي-11 (ISFNT-11)، برشلونة، إسبانيا، 15-20 سبتمبر 2013. 89 ( 9-10 ): 2489-2492 . Bibcode : 2014FusED..89.2489M . doi : 10.1016/j.fusengdes.2013.12.021 . OSTI 1256449 . 
  48. ↑ NSF 2013 ، ص 58.
  49. ↑ دان 2010 ، ص. 3.
  50. 1 2 3 Dunne 2010 ، ص. 5.
  51. 1 2 3 4 أنكلام 2010 ، ص. 5.
  52. ↑ دان 2010 ، ص 4.
  53. ↑ لاتكوفسكي، جيفري ف. (2011-07-01). "تصميم حجرة محرك طاقة الاندماج بالقصور الذاتي الليزري (LIFE)" . علوم وتكنولوجيا الاندماج . 60 (1): 54-60 . Bibcode : 2011FuST...60...54L . doi : 10.13182/fst10-318 . S2CID 55069880 . 
  54. ↑ رييس، س.؛ أنكلام، ت.؛ بابينو، د.؛ بيكنيل، ج.؛ ديفيس، ر.؛ دان، م.؛ فارمر، ج.؛ فلاورز، د.؛ كرامر، ك. (2013). "معالجة التريتيوم في تجربة LIFE: حل مستدام لإغلاق دورة وقود الاندماج" (ملف PDF) . علوم وتكنولوجيا الاندماج . 64 (2): 187-193 . Bibcode : 2013FuST...64..187R . doi : 10.13182/FST12-529 . ISSN 1536-1055 . S2CID 121195479 .  
  55. ↑ "تصميم نظام الاندماج النووي LIFE" . مختبر لورانس ليفرمور الوطني. مؤرشف من الأصل بتاريخ 22 مايو 2016.
  56. ↑ دان 2010 ، ص. 6.
  57. ↑ "حساب بسيط للتكلفة المعيارية للطاقة" . NREL .
  58. 1 2 "بيانات سوق الكهرباء والغاز الطبيعي بالجملة" . إدارة معلومات الطاقة . 19 مارس 2015.
  59. ↑ "التحديث الشهري للكهرباء" . إدارة معلومات الطاقة الأمريكية . نوفمبر 2018.
  60. ↑ مستقبل الطاقة النووية . معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. 2003. ISBN 978-0-615-12420-9. OCLC 803925974 . 
  61. ↑ تحليل التكلفة المُعدّلة للطاقة من لازارد - الإصدار 12.0 (ملف PDF) (تقرير فني). لازارد. أكتوبر 2018.
  62. ↑ لازارد 2014 ، ص. 2.
  63. ↑ لازارد 2014 ، ص 9.
  64. ↑ سلسلة الإمداد النووي العالمية: توقعات 2035 (ملف PDF) (تقرير فني). الرابطة النووية العالمية. 2016. ص 36. 
  65. ↑ لازارد 2014 ، ص 13.
  66. ↑ كراندال 2012 ، ص. 1.
  67. ↑ كراندال 2012 ، ص 3.
  68. ↑ NSF 2013 ، ص 168.
  69. ↑ NSF 2013 ، ص 212.
  70. ↑ ليفيدال، كيرك (يونيو 2013). "اختتام الحملة الوطنية للإشعال والمسار المستقبلي للإشعال" (ملف PDF) . مجلة إدارة المخزون الفصلية : 4-5 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 6 يناير 2017.

فهرس

  • شعار ويكيميديا ​​كومنزالوسائط المتعلقة بطاقة الاندماج بالقصور الذاتي الليزري على ويكيميديا ​​كومنز
  • هيلر، آرني (يوليو-أغسطس 2011). "إشعال مستقبلنا في مجال الطاقة" . مجلة العلوم والتكنولوجيا . مؤرشف من الأصل بتاريخ 26 يناير 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 مايو 2017 .
  • هيلر، آرني (أبريل-مايو 2009). "طاقة آمنة ومستدامة مع برنامج LIFE" . مجلة العلوم والتكنولوجيا . مؤرشف من الأصل بتاريخ 25 فبراير 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 مايو 2017 .