Pum Technoleg Galluogi y Bydd eu Angen ar Ddiwydiant Cyfuno

Mae angen mwy nag adwaith ymasiad parhaus ar ynni ymasiad cyn y gall helpu'r byd i gynhyrchu digon o ynni carbon-niwtral. Mae Adran Ynni yr UD wedi nodi agenda ymchwil a datblygu ar gyfer cyfres o dechnolegau a phrosesau i alluogi ymasiad.

Enwodd dau swyddog DOE bump o'r technolegau dybryd hynny mewn a gwe-seminar Dydd Iau a gynhelir gan yr Academïau Cenedlaethol Gwyddoniaeth, Peirianneg a Meddygaeth (NASEM). Ymdrinnir â mwy mewn NASEM 2021 adrodd sy'n annog datblygiad cyflym technoleg galluogi ymasiad:

“Er bod hyn yn aml yn cael ei ohirio ar gyfer y dyfodol, mae nod ynni ymasiad darbodus o fewn y degawdau nesaf fel budd strategol yr Unol Daleithiau yn gyrru’r angen i gynyddu’n gyflym ymchwil a datblygiad deunyddiau galluogi, cydrannau, a thechnolegau niwclear ymasiad.”

Mae’r pump a amlygwyd ddydd Iau yn cynnwys:

1 Deunyddiau Fusion-proof

Gall y plasma lle mae'r adwaith ymasiad yn digwydd fod poethach na'r haul. Gall maes magnetig pwerus neu syrthni gyfyngu'r plasma, gan ei glustogi rhag waliau a chydrannau'r adweithydd, ond serch hynny bydd adweithyddion ymasiad angen deunyddiau a all drin gwres eithafol a peledu gan niwtronau sy'n rhydd pan fydd isotopau hydrogen yn trawsnewid yn heliwm.

Er mwyn profi defnyddiau posibl, mae angen i wyddonwyr gynhyrchu amodau tebyg i adwaith ymasiad.

“Mae angen dirfawr iawn am ffynhonnell niwtronau prototeip ymasiad er mwyn gallu casglu’r data deunyddiau, a all gymryd blynyddoedd lawer o amlygiad,” meddai Scott Hsu, cydlynydd ymasiad arweiniol DOE. Tra bod y ffynhonnell niwtron honno'n cael ei datblygu, ychwanegodd y gall dysgu peirianyddol a phrofi deunyddiau helpu i leihau nifer y deunyddiau ymgeisiol.

Mae yna hefyd y potensial i osgoi deunyddiau yn gyfan gwbl trwy ddefnyddio “dyluniadau wal a blancedi cyntaf gwirioneddol drawsnewidiol, lle efallai nad oes gennych chi hyd yn oed unrhyw ddeunydd solet yn wynebu’r plasma, a bod bron yn ochri â mater deunyddiau,” meddai Hsu. “Ac mae angen i ni gadw’r syniadau hynny ar y bwrdd.”

2 Bridiwr Tritiwm

Mae'r dyluniadau adweithydd ymasiad mwyaf cyffredin yn defnyddio dau isotop hydrogen - deuteriwm (²H) a Tritiwm (³H)—fel tanwydd.

“Os ydyn ni’n mynd i ddefnyddio cylch tanwydd deuterium-tritium, bydd yn rhaid i ni echdynnu’r gwres a bridio tritiwm,” meddai Richard Hawryluk, uwch gynghorydd technegol yn Swyddfa Wyddoniaeth DOE a chadeirydd adroddiad NASEM 2021 .

“Her arbennig yw’r angen i gau’r cylch tanwydd yn ddiogel ac yn effeithlon,” dywed yr adroddiad hwnnw, “sydd ar gyfer dyluniadau ymasiad deuterium-tritium yn cynnwys datblygu blancedi i fridio ac echdynnu tritiwm, yn ogystal â thanio, blinedig, cyfyngu, echdynnu, a gwahanu tritiwm mewn symiau sylweddol.”

3 System Wacáu

Bydd peth o'r gwres anaddas a gynhyrchir mewn adwaith ymasiad yn cael ei ddefnyddio i gynhyrchu pŵer, ond yn gyntaf mae'n rhaid ei reoli, ac ni fydd eich cefnogwr cegin safonol yn gwneud hynny.

“Bydd rhaglen ymchwil lawn yn gofyn am gyfleusterau prawf sy’n cynhyrchu amgylcheddau sy’n gynyddol debyg i orsaf bŵer ymasiad i asesu’r modd y caiff gwacáu pŵer sy’n berthnasol i’r adweithydd ei drin yn yr amgylchedd niwtronau ymasiad,” dywed adroddiad NASEM.

4 Laser Mwy Effeithlon

Dathlodd Cyfleuster Tanio Cenedlaethol (NIF) DOE gyflawniad hir-ddisgwyliedig ym mis Rhagfyr pan ysgogodd adwaith ymasiad a ryddhaodd fwy o egni (3.15 megajoules) na'r trawstiau o'r laser a'i taniodd (2.05 megajoules). Ond fe gymerodd 300 megajoule i bweru'r laser.

Yn y pen draw, bydd laserau o'r fath yn cael eu pweru, ar ôl eu cychwyn, gan drydan o'r adweithydd ymasiad. Ond mae laserau mwy effeithlon yn golygu adweithyddion mwy effeithlon, gan adael mwy o bŵer i'r defnyddiwr neu'r grid.

5 Ailadrodd

Nid yw'n ddigon i'r laser fod yn effeithlon. Mae'n rhaid iddo hefyd weithredu'n llai fel mwsged ac yn debycach i wn peiriant.

“Y canlyniad gwych yn NIF,” meddai Hawryluk, “rydym wedi cyrraedd y pwynt hwnnw trwy wneud ychydig o ergydion y flwyddyn. Mae'n rhaid i chi allu cyrraedd y pwynt lle rydych chi'n gwneud ychydig o ergydion yr eiliad, neu ergyd yr eiliad, felly'r gyfradd ailadrodd, hefyd, y mae'n rhaid i ni ei meistroli.”

Mae hynny'n cynyddu'r gyfradd ailadrodd ar gyfer pob cam yn y broses, gan ddechrau gyda'r capsiwl tanwydd. Yn ôl y newyddiadur Gwyddoniaeth, “Byddai angen gwneud, llenwi, lleoli, chwythu a chlirio miliwn o gapsiwlau y dydd - her beirianneg enfawr.”

MWY O FforymauMae Fusion Ar fin Dod yn Fuddsoddiad Mae'n Rhaid Ei Gael, Meddai Swyddog Adran yr AmgylcheddBy Jeff McMahon