اختير مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL) التابع لوزارة الطاقة الأمريكية لقيادة تعاونين بحثيين جديدين والمشاركة في تعاونين آخرين ضمن مشروع "محركات أبحاث الابتكار في الاندماج" (FIRE). تركز هذه المشاريع على سد الفجوات الحرجة في مواد الاندماج، والتغليف، وتقنيات المبردات، ومكونات المعادن السائلة، ونمذجة ومحاكاة المفاعلات.
يُدار مشروع FIRE من قبل برنامج علوم طاقة الاندماج بوزارة الطاقة الأمريكية، ومن خلال التعاون بين مؤسسات متعددة، يربط الأبحاث الأساسية في الاندماج بالاحتياجات الصناعية العملية، مقدمًا حلولًا مبتكرة لتحديات الاندماج الواقعية. تم تخصيص 128 مليون دولار لسبعة فرق تسعى لإنشاء نظام بيئي للابتكار في علوم وتكنولوجيا طاقة الاندماج.
يقول تروي كارتر، مدير قسم طاقة الاندماج في ORNL، إن تعاونات FIRE الجديدة تتيح للمختبر فرصة تطبيق نتائج أبحاث الاندماج المتطورة، وتعزيز التقنيات الناضجة عمليًا، وتمهيد الطريق لمصانع اختبار الاندماج والتطوير المستقبلي، مما يعكس عمق برنامج طاقة الاندماج في المختبر والعلاقات التعاونية القوية مع الشركاء.
تشمل تعاونات FIRE التي يقودها أو يشارك فيها ORNL مجالات رئيسية متعددة:
في مجال مواد الاندماج، تواجه المكونات المواجهة للبلازما في أجهزة الاندماج ظروفًا قاسية، والمواد الحالية لا تلبي الاحتياجات. يجمع مشروع SWIFT-PFC (حلول تكنولوجيا الاندماج المتكاملة للمكونات المواجهة للبلازما) وتعاون FIRE بين خبرات ORNL في المواد والنمذجة المتقدمة لتقليل الفجوة في مواد الاندماج وتصميم الجيل التالي من مكونات PFC. على مدى السنوات الأربع القادمة، سيطور المشروع سير عمل للتصميم والتقييم المتكامل، ويطور ويختبر وينمذج ويحسن أنظمة مواد PFC. ستُوصف المواد في ظل ظروف الاندماج للتحقق من رموز المحاكاة وتحسينها، وتوجيه تطوير المواد القادمة.
في مجال مرافق اختبار التغليف، تعد الجدار الأول والتغليف مكونات حاسمة في أجهزة الاندماج، ولا توجد حاليًا منشآت قادرة على اختبار نماذج المبردات والمضاعفات في بيئة متكاملة. يخطط مشروع تعاون مرفق اختبار التغليف لبناء وتشغيل منشأة HASTE (تجربة تكنولوجيا الملح والهيليوم)، التي ستعيد إنتاج البيئة الداخلية لتغليف الاندماج، وتدرس الفيزياء المتدفقة، وتحسن رموز المحاكاة، وتختبر تقنيات مضاعفة واستخراج التريتيوم، مقدمة منصة اختبار للأنظمة الفرعية والمكونات في أنظمة الاندماج المغناطيسي واندماج القصور الذاتي. سيتعاون المشروع أيضًا مع شركاء في المملكة المتحدة واليابان لاستخدام منشآتهم لتكملة الأبحاث، وتقييم توافق المواد وتأثيرات التآكل.
في مجال تكنولوجيا المعادن السائلة، يشارك ORNL في تعاون FIRE بقيادة مختبر برينستون لفيزياء البلازما لتعزيز نضج مفاهيم المواد المواجهة للبلازما والجدار الأول من المعادن السائلة. تُعد المعادن السائلة، وخاصة الليثيوم السائل، مرشحة واعدة لمفاعلات الاندماج المستقبلية، لكنها تواجه تحديات علمية وهندسية رئيسية. سيعالج هذا التعاون التحديات من خلال اختبار مكونات التحليل، وتوصيف خصائص المواد، وتطوير سبائك جديدة، والتحقق من النماذج. سيقوم ORNL بتصميم نظام متكامل لمضاعفة/تبريد المعادن السائلة (FILMS)، وتحليل تأثير المجالات المغناطيسية القوية على تدفق المعادن، وغيرها. يقود مختبر برينستون لفيزياء البلازما تعاون FIRE للمعادن السائلة، والباحث الرئيسي من ORNL هو سيرجي سمولنتسيف.
يمكن العثور على القائمة الكاملة لمنظمات ومؤسسات تعاون FIRE على موقع مكتب العلوم بوزارة الطاقة الأمريكية. تدير جامعة تكساس باتيل نيابة عن مكتب العلوم بوزارة الطاقة الأمريكية مختبر أوك ريدج الوطني، وهو أكبر داعم للأبحاث الأساسية في العلوم الفيزيائية في الولايات المتحدة، ويعمل على معالجة التحديات الملحة في العصر.
