Национална лабораторија откључава нуклеарну фузију — прави пробој, закон о новитету или обоје?

Nуклеарна фузија је дуго била свети грал истински чисте енергије. Разбијање атома водоника обећава неограничену електричну енергију уз нулту емисију угљеника, минимум радиоактивног отпада и нулту шансу за катастрофално топљење. Али већ пола века научници фузије били су ограничени снагом својих ласера ​​и снагом магнетних поља – никада пре нису смислили како да из свог атома разбију више енергије него што су уложили. До сада.

Данас научници на Национално средство за паљење на Национална лабораторија Лавренце Ливерморе (ЛЛНЛ) у Калифорнији ће открити да су почетком децембра, по први пут, успели да постигну енергетски добитак већи од 1 — то јест, више енергије је емитовано из реакција унутар њихове капсуле за гориво деутеријум-трицијум (2,000 мегаџула) него што је било садржано у 192 ласера којима су га разнели.

То је велика ствар, вредна славља, али донекле унапред, каже Дебра Калахан, плазма физичарка која је недавно напустила ЛЛНЛ фузиони тим да би постала научни директор при покретању Фокусирана енергија, која већ ради на комерцијализацији приступа.

Цаллахан је знао да ће ЛЛНЛ постићи нето енергетски добитак након што су прошле године достигли излазну енергију од 72% својих улаза енергије ласера. „За мене то није изненађење. С обзиром на пут резултата које смо видели, требало је да се деси“, каже она. Требало им је само мало више ласерске снаге. Па како то функционише? Замислите мали шупаљ цилиндар од злата који стаје на длан. То се зове хохлраум. Унутар хохлраума се налази сићушна капсула горива унутар које се налазе атоми деутеријума и трицијума.

Користе злато јер задржава рендгенске зраке који настају када експлодирају оба краја хохлраума са 173 најмоћнија ласера ​​на свету. Калахан каже: „То је као рендген пећница“, која толико компресује гориво да имплодира и запали фузију између атома у центру капсуле. Фузија се затим шири у таласу из центра, емитујући огромну топлоту. Све ово се дешава у милијардном делу секунде.

Зашто је Цаллахан напустио ЛЛНЛ када су били на прагу успеха? Јер, каже она, Национално постројење за паљење није машина за фузију. Хохлраум је одличан за демонстрирање паљења, али није нужно довољно ефикасан за инжењеринг континуиране импулсне фузије јер се толико преостале ласерске енергије губи у загревању злата, а не водоничног горива. Дакле, у Фоцусед Енерги (подржано од Приме Моверс Лаб Нев Ентерприсе Ассоциатес) њихов план је да одбаце хохлраум и уместо тога користе приступ „директног погона“ – бацање ласера ​​директно на капсулу горива (погледајте шему).

Још увек нису показали да то функционише, али Калахан је уверен да ће за неколико година њихов пилот пројекат постићи 10 пута већи енергетски добитак. Након тога ће уследити друга електрана која ће достићи 30к добит, а затим следи оно што ће крајем 2030-их бити њихов први комерцијални генератор, надамо се да ће постићи 100к енергетски добитак и избацити 10 капсула горива сваке секунде.

Али ту је лежао посебан изазов. Са 10 у секунди, њихова машина би користила скоро 900,000 капсула дневно. Ово није као бацање угља у пећ; свака капсула би требало да буде произведена по строгим стандардима и убачена у машину са савршеним временом.

***

Да ли је то реално? Неки такмичари у фузији не мисле тако. Генерал Фусион је компанија за фузију са седиштем у Ванкуверу, Канада, која је јуче објавила сопствену прекретницу. Његов приступ се назива фузија магнетизоване мете и укључује машину где убризгавају лопту водоничне плазме у машину и користе моћне магнете да је држе док се компресују механичким клиповима, а не ласерима. Извршни директор Грег Твиннеи очекује да ће пилот постројење које Генерал Фусион гради у Великој Британији демонстрирати фузију 2027. године, а комерцијални дизајн ће бити спреман почетком 2030-их. „Када видимо овакве вести нисмо изненађени“, каже он. Али приступ ЛЛНЛ-а не може се екстраполирати у радну фузиону фабрику, што је оно што је Генерал Фусион (подржан са 300 милиона долара од Јеффа Безоса, СхопифиСХОП
Извршни директор Тобиас Лутке и Темасек, између осталих) кренули су да раде од почетка. „Све што радимо је фокусирано на комерцијалну електрану“, каже он. „Ако ради у научном експерименту, али није комерцијалан, то нас не занима.

Вијести ЛЛНЛ-а изазвале су сличан одговор од генералног директора Давида Киртлеиа из фузионог стартапа из Сијетла Хелион, уз подршку од 600 милиона долара технолошких тајкуна Питера Тила, Сема Алтмана, Дастина Московица, Рида Хофмана и Џефа Скола. „Узбуђени смо што су постигли своје научне прекретнице за своју машину“, каже Киртли. Али он се не осећа угроженим „истраживачким уређајем који није дизајниран да производи електричну енергију“. Насупрот томе, рад Хелионове 60 стопа дугачке машине за фузију укључује убризгавање плазма куглица на сваки крај, разбијајући их заједно у реакцији од 100 милиона степени коју контролишу интензивни магнетна поља. У Хелионовом новом систему, енергија ослобођена у реакцијама фузије континуирано се гура против свог магнетног заштитног поља, које се гура назад - изазивајући осцилације „као клип“, каже Киртлеи, које стварају електричну струју, коју Хелион хвата директно из реактора. (За више, прочитајте даље Фарадејев закон индукције.)

Хелион гради свој седми прототип и дизајнира свој осми, за који се Киртли нада да ће бити први комерцијални фузиони генератор — вероватно повезан на електричну мрежу до краја ове деценије, ако све буде како треба. Он каже да су савезни нуклеарни регулатори спремни да подвргну своју машину истим правилима као акцелератори честица и врста машина за снимање које се користе у болницама.

И постоји много других компанија које следе најефикаснији приступ фузији - токамак концепт, у коме се куглице плазме убризгавају у реакторску комору у облику шупље крофне, контролисане снажним магнетним пољима. Цоммонвеалтх Фусион, спинофф МИТ-а, настоји да усаврши токамак користећи ултра-високотемпературне суправодљиве материјале за које ЦЕО Боб Мумгаард мисли да ће им омогућити да имају радни уређај за фузију до краја деценије. Исто важи и за Генерал Атомицс са седиштем у Сан Дијегу (најпознатији за изум дрона Предатор), која већ деценијама управља токамаком за Одељење за енергетику и дизајнира нову машину. ГА је такође изградио вероватно најмоћнији магнет на свету, назван централни соленоид, за највећи пројекат фузије на свету, 30 милијарди долара ИТЕР у изградњи у Француској. Ако други фузиони стартупи буду имали свој начин, ИТЕР ће бити застарео пре него што буде завршен негде следеће деценије. Ширећи своје опкладе, ГА (у власништву милијардера Нила Блуа) има партнерство са Националном лабораторијом реке Савана за производњу пелета за гориво за машине за фузију засноване на ласеру као што су ЛЛНР и Фоцусед Енерги.

Са ким год да разговарате у области фузије, њихове критике давно успостављених реактора нуклеарне фисије су исте. Реакције фисије (у којима се велики атоми обогаћеног уранијума разбијају) стварају радиоактивни отпад, укључујући плутонијум и опасне актиниде који се могу користити оружјем. За разлику од фузије, коју је тешко покренути и лако зауставити, реакције фисије је лако започети и тешко зауставити, уводећи ризик од катастрофалних распада. Новији дизајни, попут Вестингхоусе АП1000 фисијски реактор, који је у изградњи и у САД и у Кини, има пасивне мере безбедности и практично је отпоран на топљење.

***

Неки атомски предузетници мисле да је фисија довољна. Брет Кугелмасс, оснивач и извршни директор Последња енергија, кренуо је пре пет година да осмисли најефикаснији и најекономичнији нуклеарни реактор на свету. Пре него што се определио за свој приступ, Кугелмас, сада 36, интервјуисао је стотине стручњака за нуклеарну индустрију (и ставио разговоре на своје Титанс оф Нуцлеар подцаст) да се прикупи колективна мудрост индустрије. Иако верује у дугорочну будућност фузије, Кугелмасс је утврдио да је најбоља опција на свету за прелазак са фосилних горива у изградњу модуларних фисионих реактора на најједноставнији, најјефтинији и најбезбеднији могући начин. У својој фабрици у близини Хјустона, Ласт Енерги сада производи своје прве мале, модуларне реакторе са водом под притиском, који користе готове компоненте, набављене преко постојећих нуклеарних ланаца снабдевања, са технологијом која је усавршавана током деценија и која се користи у више преко 300 реактора широм света.

Ласт Енерги је већ продао 10 својих јединица од 20 мегавата купцу у Пољској, још две за Румунију и неколико за Британију. Кугелмасс каже да његова интелектуална својина није у доказаним компонентама, већ у томе како их све спојити. До сада је прикупио 24 милиона долара на челу са Гигафунд, и очекује да ће први реактори у Пољској почети да раде 2025. Да би финансирао машине, Ласт Енерги склапа дугорочне уговоре о куповини електричне енергије обећавајући купцима деценије нуклеарне енергије без угљеника по ценама испод тржишних. „Успели смо да одвојимо пожељну нишу за којом нико није ишао“, каже Кугелмасс. „Затајили смо целу операцију.

Колико год обећање фузије било примамљиво, ако Кугелмасс има свој начин, конкурентна реалност успостављене, поуздане фисије би ипак могла да избаци свог новог рођака на сметлиште херојских технолошких промашаја – сећате се Бетамак-а, Гоогле Гласс-а и Нев Цоца-а?

ВИШЕ ОД ФОРБАПотакнута доларима милијардера, нуклеарна фузија улази у ново добаBy Цхристопхер ХелманВИШЕ ОД ФОРБАНова нуклеарна енергија: Како Уницорн вредан 600 милиона долара фузионе енергије планира да победи соларнуBy Цхристопхер ХелманВИШЕ ОД ФОРБАТихи милијардери иза америчког дрона Предатор који је убио иранског СулејманијаBy Дениз Цам