East meets West again in order to tackle the global energy crises

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

The contemporary challenges of the impacts of human activities such as climate change induced by the increase in $ CO_2$ emissions since the Industrial Revolution have been discussed throughout this Forum ‘Uspekhi-2021’, as have possible approaches to address these issues. Some have discussed nuclear approaches to remedy this situation, both fission-based and fusion-based. One of the challenges of the fission nuclear path is its radioactive spent nuclear waste, which can accumulate for a period longer than civilization has existed. If we recall, the first rapprochement between the East and West in 1955 was due to the desire to avoid nuclear confrontation between the East and West. East and West meet again, this time to find collaborative solutions to the global crises of climate change and other global environmental issues tightly related to worldwide energy issues. The meeting in 1955 launched the peaceful use of nuclear fusion energy, and since then we have witnessed, for example at this Forum ‘Uspekhi-2021’, the culmination of research in this area, like Norman Rostoker's aneutronic fusion approach driven by beam injection. At the previous meeting, Veksler also introduced collective acceleration using plasma to compactify accelerators. We are glad that we can show some of its fruits in the laser wakefield accelerator driving neutrons compactly and efficiently for the purpose of incinerating radioactive nuclear waste of transuraniums. These energy research efforts have also produced a path to follow in order to become carbon neutral or even carbon negative.

Авторлар туралы

Toshiki Tajima

University of California, Irvine

Email: ttajima@uci.edu

A. Necas

Tri Alpha Energy Technologies, Inc.

Thierry Massard

Stanford University

Email: massard.thierry@gmail.com

Sydney Gales

Université Paris-Saclay

Email: gales@ipno.in2p3.fr

Әдебиет тізімі

  1. Geneva Summit (1955), Wikipedia. Accessed March 5, 2021
  2. Veksler V. I., “Coherent principle of acceleration of charged particles”, Proc. of the CERN Symp. Accelerators and Pion Physics, v. 1, CERN, Geneva, 1956, 80
  3. Semiletov I, in Forum "USPEKHI-2021": Climate Change and Global Energy Problems
  4. Риньо Э., УФН, 192 (2022), 1203
  5. Дробински Ф., Танте А., УФН, 192 (2022), 1191
  6. Steinbach J., Holmstrand H., Shcherbakova K., Kosmach D., Brüchert V., Shakhova N., Salyuk A., Sapart C. J., Chernykh D., Semiletov I., Gustafsso Ö, “Source apportionment of methane escaping the subsea permafrost system in the outer Eurasian Arctic Shelf”, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 118 (2021), e2019672118
  7. Binderbauer, in Forum "USPEKHI-2021": Climate Change and Global Energy Problems
  8. Rostoker N., Maglich B. C., “Self-colliding systems for aneutronic fusion”, Comments Plasma Phys. Controlled Fusion, 15:2 (1992), 105–120
  9. Binderbauer M. W., Tajima T., Steinhauer L. C., Garate E., Tuszewski M., Schmitz L., Guo H. Y. et al., “High performance field-reversed configuration”, Phys. Plasmas, 22 (2015), 056110
  10. Tajima T., Binderbauer M., “Preface: Norman Rostoker Memorial Symposium”, AIP Conf. Proc., 1721 (2016), 010001
  11. Parish T. A., Davidson J. W., “Reduction in the Toxicity of Fission Product Wastes through Transmutation with Deuterium-Tritium Fusion Neutrons”, Nucl. Technol., 47:2 (1980), 324–342
  12. S. Galès, Nuclear Energy and Waste Transmutation with High Power Accelerator and Laser Systems, 2018
  13. Tajima T., Necas A., Mourou G., Gales S., Leroy M., “Spent Nuclear Fuel Incineration by Fusion-Driven Liquid Transmutator Operated in Real Time by Laser”, Fusion Sci. Technol., 77 (2021), 251–265
  14. Rubbia C., Rubio J. A., Buono S., Carminati F., Fietier N.,Galvez J., Geles C. et al., “Conceptual design of a fast neutron operated high power energy amplifier”, CERN-AT-95-44-ET, CERN, Geneva, 1995, 187–312
  15. Abderrahim H. A., Kupschus P., Malambu E., Benoit Ph., Van Tichelen K., Arien B., Vermeersch F. et al., “MYRRHA: A Multipurpose Accelerator Driven System for Research and Development”, Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A, 463:3 (2001), 487–494
  16. Nifenecker H., Meplan O., David S., Accelerator Driven Subcritical Reactors, CRC Press, Boca Raton, FL, 2003
  17. Doligez X., Heuer D., Merle-Lucotte E., Allibert M., Ghetta V., “Coupled study of the Molten Salt Fast Reactor core physics and its associated reprocessing unit”, Ann. Nucl. Energy, 64 (2014), 430–440
  18. Yan X. Q., Tajima T., Hegelich M., Yin L., Habs D., “Theory of laser ion acceleration from a foil target of nanometer thickness”, Appl. Phys. B, 98:4 (2010), 711–721
  19. Weeks A, in Forum "USPEKHI-2021": Climate Change and Global Energy Problems
  20. Ли Н., УФН, 192 (2022), 1231
  21. Tajima T., Dawson J. M., “Laser Electron Accelerator”, Phys. Rev. Lett., 43 (1979), 267
  22. Tajima T., Yan X. Q., Ebisuzaki T., “Wakefield acceleration”, Rev. Mod. Plasma Phys., 4 (2020), 7
  23. Nakajima K., Kawakubo T., Nakanishi H., Ogata A., Kato Y., Kitagawa Y., Kodama R. et al., “A proof-of-principle experiment of laser wakefield acceleration”, Phys. Scr., 1994:T52 (1994), 61
  24. Wang X., Zgadzaj R., Fazel N., Li Z., Yi S. A., Zhang X., Watson H., “Quasi-monoenergetic laser-plasma acceleration of electrons to 2 GeV”, Nat. Commun., 4 (2013), 1988
  25. Leemans W., Gonsalves A. J., Mao H.-S., Nakamura K., Benedetti C., Schroeder C. B., Cs Toth P. et al., “Multi-GeV Electron Beams from Capillary-Discharge-Guided Subpetawatt Laser Pulses in the Self-Trapping Regime”, Phys. Rev. Lett., 113 (2014), 245002
  26. Downer M. C., Zgadzaj R., Debus A., Schramm U., Kaluza M. C., “Diagnostics for plasma-based electron accelerators”, Rev. Mod. Phys., 90 (2018), 035002
  27. Nicks B. S., Tajima T., Roa D., Necheck {text c}as A., Mourou G., “Laser-wakefield application to oncology”, Int. J. Mod. Phys. A, 34:34 (2019), 1943016
  28. Ibrahim F., Obert J., Bajeat O., Buhour J. M., Carminati S. et al., “Photofission for the production of radioactive beams: Experimental data from an on-line measurement”, Eur. Phys. J. A, 15 (2002), 357–360
  29. Gales S., Tanaka K. A., Balabanski D. L., Negoita F., Stutman D., Tesileanu O., Ur C. A. et al., “The extreme light infrastructure?nuclear physics (ELI-NP) facility: new horizons in physics with 10 PW ultra-intense lasers and 20 MeV brilliant gamma beams”, Rep. Prog. Phys., 81 (2018), 094301
  30. Necas A., Gales S., Private communication, 2020
  31. Tanner J., Necas A., Gales S., Tajima T., “Study of Neutronic Transmutation of Transuranics in a Molten Salt”, Ann. Nucl. Energy, submitted
  32. Robertson R. C., Msre Design and Operations Report. Pt. I. Description of Reactor Design, 1965
  33. Kloosterman J. L., “MSR Concepts”, Proc. TU Delft, TUDelft, Delft, 2017
  34. Mourou G., Brocklesby B., Tajima T., Limpert J., “The future is fibre accelerators”, Nat. Photon., 7:4 (2013), 258–261
  35. Quiter B., Laplace T., Ludewigt B. A., Ambers S. D., Goldblum B. L., Korbly S., Hicks C., Wilson C., “Nuclear resonance fluorescence in $ ^{240}$Pu”, Phys. Rev. C, 86 (2012), 034307
  36. Gauld I., Francis M., “Investigation of Passive Gamma Spectroscopy to Verify Spent Nuclear Fuel Content”, 51st Annual Meeting of the Institute of Nuclear Materials Management
  37. Moulin C., Decambox P., Mauchien P., “Analytical Applications of Time-Resolved Laser-Induced Fluorescence in the Nuclear Fuel Cycle”, J. Physique IV, 1:C7 (1991), C7–677
  38. Kloosterman J. L., Molten Salt Reactors and Thorium Energy, Ed. T. J. Dolan, Elsevier, Amsterdam, 2017, 565
  39. Chetal S. C., Balasubramaniyan V., Chellapandi P., Mohanakrishnan P., Puthiyavinayagam P., Pillai C. P., Raghupathy S., Shanmugham T. K., Sivathanu Pillai C., “The design of the Prototype Fast Breeder Reactor”, Nucl. Eng. Design, 236 (2006), 852
  40. Sheu R. J., Chang C. H., Chao C. C., Liu Y.-W. H, “Depletion Analysis on Long-Term Operation of the Conceptual Molten Salt Actinide Recycler Transmuter (MOSART) by Using a Special Sequence Based on SCALE6/TRITON”, Ann. Nucl. Energy, 53 (2013), 1
  41. Zhang D., Liu L., Liu M., Xu R., Gong C., Qiu S., “Neutronics/Thermal-hydraulics Coupling Analysis for the Liquid-Fuel MOSART Concept”, Energy Procedia, 127 (2017), 343
  42. Gulik V., Tkaczyk A. H., “Cost optimization of ADS design: Comparative study of externally driven heterogeneous and homogeneous two-zone subcritical reactor systems”, Nucl. Eng. Design, 270 (2014), 133
  43. Anikeev A. V., “Optimisation of the neutron source based on gas dynamic trap for transmutation of radioactive wastes”, AIP Conf. Proc., 1442 (2012), 153
  44. Rostoker N., Private communication, 2002
  45. Pascal Y. (Ed.), Structural Materials for Generation IV Nuclear Reactors, Woodhead Publ., Waltham, MA, 2016
  46. Cress C. D., Schauerman C. M., Landi B. J., Messenger S. R., Raffaelle R. P., Walters R. J., “Radiation effects in single-walled carbon nanotube papers”, J. Appl. Phys., 107 (2010), 014316
  47. Iijima S., “Helical microtubules of graphitic carbon”, Nature, 354 (1991), 56–58
  48. Thostenson E. T., ZRen Z., Chou T.-W., “Advances in the science and technology of carbon nanotubes and their composites: a review”, Compos. Sci. Technol., 61 (2001), 1899–1912
  49. Iijima S., “Carbon nanotubes: past, present, and future”, Physica B, 323:1–4 (2002), 1–5
  50. Lazarowich R. J., Taborek P., Yoo B.-Y., Myung N. V., “Fabrication of porous alumina on quartz crystal microbalances”, J. Appl. Phys., 101 (2007), 104909
  51. Myung N. V., Lim J., Fleurial J.-P., Yun M., West W., Choi D. , Nanotechnology, 15 (2004), 833
  52. Navarro M., Private communication, 2019
  53. Shokrieh M. M., Rafiee R., “A review of the mechanical properties of isolated carbon nanotubes and carbon nanotube composites”, Mech. Compos. Mater., 46 (2010), 155
  54. Novoselov K. S., Geim A. K., Morozov S. V., Dubonos S. V., Zhang Y., Jiang D., “Room-temperature electric field effect and carrier-type inversion in graphene films”
  55. Mertens R., The Graphene Handbook, 2019 ed., Lulu Press, Morrisville, NC, 2020
  56. Smalley R. E., “Discovering the fullerenes”, Rev. Mod. Phys., 69 (1997), 723
  57. Klimchitskaya G. L., Mostepanenko V. M., “Conductivity of pure graphene: Theoretical approach using the polarization tensor”, Phys. Rev. B, 93 (2016), 245419
  58. Penicaud A., Graphene for a Sustainable World, 2018
  59. Chesneau A., Private communication, 2021
  60. Johnson R. W., Hultqvist A., Bent S. F., “A brief review of atomic layer deposition: from fundamentals to applications”, Mater. Today, 17:5 (2014), 236
  61. Sobel N., Hess C., Lukas M., Spende A., Stühn B., Toimil-Molares M. E., Trautmann C., “Conformal SiO$^{2}$ coating of sub-100 nm diameter channels of polycarbonate etched ion-track channels by atomic layer deposition”, Beilstein J. Nanotechnol., 6 (2015), 472
  62. Musfeldt J., Yoshihiro I., Reshef T., “Nanotubes from layered transition metal dichalcogenides”, Phys. Today, 73:8 (2020), 42–48
  63. Sackmann E., Bruinsma R., Physics of Bio-Molecules and Cells, Les Houches Session LXXV (2-27 July 2001), Les Houches - Ecole d'Ete de Physique Theorique, 75, eds. eds. F. Flyvbjer, Springer, Berlin, 2002, 285–309
  64. Li X., Xue Y., Huiling H., “Electrocapillary Rise in Nanoporous Media”, Procedia IUTAM, 21 (2017), 71–77
  65. Nair R. R., Wu H. A., Jayaram P. N., Grigorieva I. V., Geim A. K., “Unimpeded Permeation of Water through Helium-Leak-Tight Graphene-Based Membranes”, Science, 335 (2012), 442
  66. Kumaravel V., Bartlet J., Pillai S. C., “Photoelectrochemical Conversion of Carbon Dioxide (CO$ ^2$) into Fuels and Value-Added Products”, ACS Energy Lett., 5:2 (2020), 486–519
  67. Udorn J., Hatta A., Furuta H., “Carbon Nanotube (CNT) Honeycomb Cell Area-Dependent Optical Reflectance”, Nanomaterials, 6:11 (2016), 202
  68. Fujikawa S., Selyanchyn R., Kunitake T., “A new strategy for membrane-based direct air capture”, Polymer J., 53 (2021), 111–119
  69. Hone J., Dekker Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, v. 3, J. A. Schwarz, C. I. Contescu, K. Putyera, M. Dekker, New York, 2004, 603
  70. Liu F., Wagterveld R. M., Gebben B., Otto M. J., Biesheuvel P. M., Hamelers H. V. M., “Carbon nanotube yarns as strong flexible conductive capacitive electrodes”, Colloid Interface Sci. Commun., 3 (2014), 9–12
  71. Haubenreich P. N., Engel J. R., “Experience with the Molten-Salt Reactor Experiment”, Nucl. Appl. Technol., 8:2 (1970), 118

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».