레이저-기반 핵융합 에너지 경쟁이 가열됩니다

2022년 8월, 로렌스 리버모어 국립 연구소(LLNL) 국립 점화 시설(NIF)의 과학자 팀이 1.9MJ의 레이저 에너지로 1.35메가줄(MJ)의 핵융합 에너지를 생성하는 발사체를 발사했을 때, 이는 오랫동안 기다려온-과학적인 혁신으로 핵융합 연소를 의미했습니다.

같은 해 후반에 또 다른 관성 핵융합(일명 레이저-구동 핵융합) 실험에서 과학자들은 2.05MJ의 레이저 에너지로 3.15MJ의 핵융합 에너지 수율을 달성하고 점화에 도달했습니다. 이는 실험실 내에서 생성된 열핵 융합 반응이었으며{7}}2030년대 또는 2040년대까지 탄소가 없는 -레이저-기반 핵융합 에너지를 그리드에 적용하려는 글로벌 경쟁을 시작했습니다.

"이것은 NIF가 관성 핵융합이 가능하다는 것을 처음으로 성공적으로 보여준 전환점이었습니다. 핵심은 올바른 종류의 연료-중수소-삼중수소-를 확보하고 레이저를 사용하여 이를 압축 및 융합하여 이득(입력한 것보다 더 많은 에너지를 생성함)을 생성하는 것입니다."라고 SLAC의 고에너지 밀도 과학 부서 부국장이자 과학자인 Arianna Gleason은 말합니다. "이것은 실험실 내에서{4}}단 몇 분의 1초 동안만 별의 연료를 유지하는 것과 같습니다."

2022년 8월, 로렌스 리버모어 국립 연구소(LLNL) 국립 점화 시설(NIF)의 과학자 팀이 1.9MJ의 레이저 에너지로 1.35메가줄(MJ)의 핵융합 에너지를 생성하는 발사체를 발사했을 때, 이는 오랫동안 기다려온-과학적인 혁신으로 핵융합 연소를 의미했습니다.

같은 해 후반에 또 다른 관성 핵융합(일명 레이저-구동 핵융합) 실험에서 과학자들은 2.05MJ의 레이저 에너지로 3.15MJ의 핵융합 에너지 수율을 달성하고 점화에 도달했습니다. 이는 실험실 내에서 생성된 열핵 융합 반응이었으며{7}}2030년대 또는 2040년대까지 탄소가 없는 -레이저-기반 핵융합 에너지를 그리드에 적용하려는 글로벌 경쟁을 시작했습니다.

"이것은 NIF가 관성 핵융합이 가능하다는 것을 처음으로 성공적으로 보여준 전환점이었습니다. 핵심은 올바른 종류의 연료-중수소-삼중수소-를 확보하고 레이저를 사용하여 이를 압축 및 융합하여 이득(입력한 것보다 더 많은 에너지를 생성함)을 생성하는 것입니다."라고 SLAC의 고에너지 밀도 과학 부서 부국장이자 과학자인 Arianna Gleason은 말합니다. "이것은 실험실 내에서{4}}단 몇 분의 1초 동안만 별의 연료를 유지하는 것과 같습니다."

융합을 위한 레이저 아키텍처 발전

NIF는 1990년대에 건설되었으며 당시의 레이저 기술을 특징으로 합니다. "우리는 1990년대보다 지금 훨씬 더 효율적으로 레이저를 제작합니다. 우리 기술은 초당 많은 샷을 융합하는 데 필요한 반복 속도로 매우 효율적인 레이저를 가질 수 있는 지점까지 발전했습니다.{4}}"라고 Glenzer는 말합니다. "흥미롭게도 iPhone 내부의 마이크로칩은 실제로 레이저 융합 프로그램에서 나온 레이저 기술로 생산되었습니다. 이는 레이저 융합의 최초의 상업적 성공이었습니다."

융합 커뮤니티 내에서 레이저 기술은 과거에 작동했던 오래된 아키텍처에서 서서히 멀어지고 있습니다. -플래시램프-펌프 또는 플래시램프- 기반 레이저는 "매우 강력한 도구"였습니다.라고 Gleason은 말합니다. "하지만 우리는 더 효율적인 레이저가 필요하기 때문에 다이오드-펌프 고체-상태 레이저(DPSSL)를 사용하고 있습니다."

이는 모두가 필수 테스트를 위해 IFE 표준 레이저 플랫폼으로 이동하고 있기 때문에 DPSSL 레이저 공급망을 구축해야 함을 의미합니다. "파이버-결합 레이저는 빛을 한 위치에서 다른 위치로 이동시키는 한 가지 방법으로 통신에서 널리 사용됩니다. 그러나 융합 커뮤니티가 현재 세대의 레이저 아키텍처를 활용하려고 시도하고 더 큰 레이저를 구축함에 따라 냉각 방식에 더 주의를 기울여야 합니다. 이는 기업을 위한 혁신 공간입니다."라고 Gleason은 말합니다.

엑시머 레이저는 가스를 매체로 사용하며 "지향성{0}}에너지 무기에 대해 국방부(DoD)와 긴밀한 협력 관계를 갖고 있습니다"라고 Gleason은 말합니다. "이것은 또한 융합 개념의 기초이기도 합니다. 수십 년간의 물리학과 연구를 바탕으로 하는 엑시머 레이저로 큰 발전이 이루어지고 있습니다. 우리는 더 작은 설치 공간 내에서 또는 더 나은 효율성을 갖춘 강력한 레이저를 개발하고 있습니다. 이렇게 큰 레이저 구조를 어떻게 식힐 수 있습니까? 민간 기업이 자체적인 비밀 소스를 개발할 수 있는 곳입니다."

STARFIRE 및 RISE 융합 허브

STARFIRE 핵융합 허브는 SLAC와 함께 LLNL이 주도하여 레이저-구동 핵융합 에너지를 상용화합니다. 그 초점은 고{2}}이득 타겟 설계, 타겟 제조 및 DPSSL입니다. 회원에는 MIT가 포함됩니다. 캘리포니아 대학교 버클리; 캘리포니아 대학교, 로스앤젤레스; 캘리포니아 대학교, 샌디에이고; 오클라호마대학교; 로체스터 대학교; 텍사스 A&M; 프라운호퍼 레이저 기술 연구소; 리버모어 연구소 재단; 오크리지 국립연구소; 사바나 강 국립 연구소; 집중 에너지 Inc.; 일반 원자학; 레오나르도 일렉트로닉스 미국; Longview Fusion Energy Systems Inc.; TRUMPF; 그리고 엑시머 에너지 코퍼레이션(Xcimer Energy Corp.)

팀은 SLAC의 레이저 연구실에 접근할 수 있으므로 미국 내 유일한 X-선 자유-전자 레이저(XFEL)인 Linac 응집 광원(LCLS)을 사용하여 캡슐 재료 또는 핵융합 연료를 조사하고 조사할 수 있는 기회를 갖게 됩니다. 120Hz에서 작동하지만 곧 메가헤르츠에서도 작동할 예정입니다.

"우리는 SLAC의 실험에서 두 개의 레이저를 동시에 사용합니다. 긴-펄스 레이저가 샘플에 충격파를 유도한 다음 LCLS로 이를 조사하여 가장 작은 길이와 시간 규모에서 무슨 일이 일어나고 있는지 확인하여 물리학 모델을 개선합니다."라고 Gleason은 말합니다. "물리 모델이 올바른지 벤치마킹하려면 사과와 사과를 비교해야 합니다. 이는 국립 연구소에 필요한 것을 뒷받침할 뿐만 아니라 민간 기업에 개념의 일부가 작동할지 여부(예: 목표 참여를 시뮬레이션하는 방법)를 예측할 수 있는 방법을 제공합니다. 그리고 우리는 다양한 레이저 및 장비 플랫폼에 대한 액세스를 활용하여 이 중요한 데이터를 제공하고 있습니다."

또 다른 허브인 RISE는 SLAC와 콜로라도 주립 대학이 주도하고 있으며 코넬 대학, 일리노이 대학, 텍사스 A&M, 로스앨러모스 국립 연구소, 해군 연구소 및 민간 기업-Xcimer Energy Corp., Blue Laser Fusion, Marvel Fusion 및 General Atomics-의 전문가들이 레이저 드라이버에 대한 다양한 접근 방식을 연구하고 있습니다.

Glenzer는 "모두 신뢰할 수 있는 접근 방식을 가지고 있습니다."라고 말합니다. "하지만 한 회사가 모든 것을 실현하려고 하는 것은 아닙니다.-이곳은 커뮤니티이자 전국적인 융합 허브입니다. 연구원들은 기술을 발전시키려고 노력하고 있으며 우리는 2030년대까지 연구 및 기술 격차를 해소하기 위해 서로에게서 배우고 있습니다."

Glenzer는 투자자들로부터 어느 융합 회사를 지원해야 하는지 자주 질문을 받습니다. "일부 레이저 회사는 방어 공간 내에서 드론을 격추하기 위해 레이저를 제공함으로써 훨씬 더 일찍 돈을 벌 수 있습니다"라고 그는 말합니다. "그러나 투자자들은 핵융합과 전기만을 제공하는 시장을 원하기 때문에 이 아이디어를 별로 좋아하지 않습니다. 그들은 실제로 이들 회사가 핵융합을 만들어 전기를 판매할 수 있기를 원합니다. 그들이 핵융합을 실현하는 데 얼마나 집중하고 있는지가 정말 흥미롭습니다."

Gleason은 핵융합 커뮤니티는 "핵융합 회사가 데모 파일럿 계획을 구축할 뿐만 아니라 장기적인-원자로 함대를 보유할 수 있는 리소스를 확보하는 데 필요한 공급망 요구 사항을 잘 알고 있습니다."라고 말했습니다. "국내 공급망을 구축하기 위해 미국 전역에서 원자재를 조달하고 부품을 제조할 수 있는 곳에서 다각적인 접근 방식을 취하고 있습니다. 이것이 핵심입니다."