Националната лабораторија отклучува нуклеарна фузија - вистински пробив, акт за новина или и двете?

Nјадната фузија одамна е Светиот Грал на навистина чистата енергија. Разбивањето на атоми на водород ветува неограничена електрична енергија со нула емисии на јаглерод, минимум радиоактивен отпад и нула шанса за катастрофално топење. Но, за половина век, научниците за фузија беа ограничени од моќта на нивните ласери и силата на нивните магнетни полиња - никогаш порано не сфатиле како да измолзат повеќе енергија од кршењето на нивниот атом отколку што вложиле. До сега.

Денес научниците на Национален објект за палење во Национална лабораторија Лоренс Ливермор (LLNL) во Калифорнија ќе открие дека на почетокот на декември, за прв пат, тие успеале да постигнат енергетска добивка поголема од 1 - односно, повеќе енергија е емитирана од реакциите во нивната капсула за гориво со деутериум-тритиум (2,000 мегаџули) отколку што беше содржано во 192 ласери со што го разнесоа.

Тоа е голема работа, која вреди да се слави, но донекаде е однапред измислен заклучок, вели Дебра Калахан, физичарка за плазма која неодамна го напушти тимот за фузија на LLNL за да стане научен директор на стартап. Фокусирана енергија, која веќе работи на комерцијализирање на пристапот.

Калахан знаеше дека LLNL ќе постигне нето енергетска добивка, откако минатата година тие достигнаа енергетска излезна енергија од 72% од нивните влезни ласерски енергии. „Тоа не е изненадување за мене. со оглед на патека на резултати што ги гледавме, тоа ќе се случи“, вели таа. Само им требаше малку повеќе ласерска моќ. Па, како функционира? Замислете мал шуплив цилиндар од злато кој ви се вклопува на дланка. Тоа се вика hohlraum. Внатре во хохраумот се наоѓа мала капсула за гориво во која се атоми на деутериум и тритиум.

Тие користат злато затоа што се задржува во рендгенските зраци што се создаваат кога го експлодираат двата краја на хохраумот со 173 од најмоќните ласери во светот. Калахан вели: „Тоа е како рендгенска печка“, која го компресира горивото толку многу што се распрснува и ја запали фузијата меѓу атомите во центарот на капсулата. Спојот потоа се шири во бран од центарот, испуштајќи огромна топлина. Сето ова се случува во милијардити дел од секундата.

Зошто Калахан го напушти LLNL кога беа на работ на успехот? Затоа што, вели таа, Националната постројка за палење не е машина за фузија. Hohlraum е одличен за демонстрација на палење, но не е нужно доволно ефикасен за инженерство на континуирано импулсно спојување бидејќи толку многу преостаната ласерска енергија се губи при загревањето на златото, а не на водородното гориво. Значи во Фокусирана енергија (поддржана од Лабораторија Prime Movers Нови претпријатија соработници) нивниот план е да го отфрлат hohlraum и наместо тоа да користат пристап со „директен погон“ - минирање на ласерите директно на капсула за гориво (види шема).

Тие сè уште не покажале дека функционира, но Калахан е уверен дека за неколку години нивниот пилот проект ќе постигне 10 пати поголема енергија. После тоа ќе следи втора постројка која ќе достигне 30 пати поголема добивка, по што на крајот на 2030-тите ќе биде нивниот прв комерцијален генератор, се надеваме дека ќе постигне 100x добивка на енергија и ќе минира 10 капсули гориво секоја секунда.

Но, тука лежеше посебен предизвик. Со 10 во секунда, нивната машина би користела речиси 900,000 капсули дневно. Ова не е како лопата на јаглен во печка; секоја капсула ќе треба да биде произведена според строги стандарди и да се пушти во машината со совршен тајминг.

***

Дали е тоа реално? Некои конкуренти на фузија не мислат така. General Fusion е компанија за фузија со седиште во Ванкувер, Канада која вчера објави своја пресвртница. Неговиот пристап се нарекува магнетизирана целна фузија и вклучува машина каде што тие инјектираат топка од водородна плазма во машината и користат моќни магнети за да ја задржат додека се компресираат со механички клипови наместо со ласери. Извршниот директор Грег Твини очекува пилот-централата General Fusion што ја гради во ОК да демонстрира фузија во 2027 година, со комерцијален дизајн подготвен на почетокот на 2030-тите. „Кога ќе видиме вакви вести, не сме изненадени“, вели тој. Но, пристапот на LLNL не може да се екстраполира во работна фабрика за фузија, што е она што General Fusion (поддржано од 300 милиони долари од Џеф Безос, ShopifyПРОДАВНИЦА
Извршниот директор Тобијас Лутке и Темасек, меѓу другите) тргнаа да сторат уште од самиот почеток. „Сè што правиме е фокусирано на комерцијална електрана“, вели тој. „Ако работи во научен експеримент, но не е комерцијален, ние не сме заинтересирани за тоа“.

Веста за LLNL генерира сличен одговор од извршниот директор Дејвид Киртли од стартапот за фузија со седиште во Сиетл Хелион, поддржани со 600 милиони долари од технолошките тајкуни Питер Тиел, Сем Алтман, Дастин Московиц, Рид Хофман и Џеф Скол. „Возбудени сме што ги постигнаа своите научни пресвртници за нивната машина“, вели Киртли. Но, тој не се чувствува загрозен од „истражувачки уред кој не е дизајниран да произведува електрична енергија“. Спротивно на тоа, работата на машината за фузија на Хелион, долга 60 метри, вклучува инјектирање на плазма топчиња на секој крај, разбивајќи ги заедно во реакција од 100 милиони степени контролирана од интензивни магнетни полиња. Во новиот систем на Хелион, енергијата ослободена во реакциите на фузија непрекинато се турка против неговото магнетно поле за задржување, кое турка назад - предизвикувајќи осцилации „како клип“, вели Киртли, кои генерираат електрична струја, која Хелион ја фаќа директно од реакторот. (За повеќе, прочитајте понатаму Фарадејовиот закон за индукција.)

Хелион го гради својот 7-ми прототип и го дизајнира својот 8-ми, за кој Киртли се надева дека ќе биде првиот комерцијален генератор на фузија - веројатно поврзан на електричната мрежа до крајот на оваа деценија, ако се биде во ред. Тој вели дека федералните нуклеарни регулатори изгледаат подготвени да ја подложат нивната машина на истите правила како акцелераторите на честички и видот на машини за сликање што се користат во болниците.

И има многу други компании кои го следат најпознатиот пристап кон фузијата - на токамак концепт, во кој топчиња од плазма се инјектираат во комора на реактор во облик на шуплива крофна, контролирана од моќни магнетни полиња. Комонвелт фузија, спиноф на MIT, се обидува да го усоврши токамакот користејќи суперспроводливи материјали со ултра висока температура за кои извршниот директор Боб Мумгард смета дека ќе им овозможат да имаат работен уред за фузија до крајот на деценијата. Истото важи и за General Atomics со седиште во Сан Диего (најпознат за измислување на дронот Predator), која со децении работи со токамак за Министерството за енергетика и дизајнира нова машина. GA, исто така, го изгради веројатно најмоќниот магнет во светот, наречен централен соленоид, за најголемиот проект за фузија во светот, 30 милијарди долари ITER во изградба во Франција. Ако другите стартапи за фузија го имаат својот пат, ITER ќе биде застарен дури и пред да биде завршен некаде следната деценија. Ширејќи ги своите облози, GA (сопственост на милијардерот Нил Блу) има партнерство со Националната лабораторија на реката Савана за производство на пелети за гориво за машини за фузија базирани на ласер, како што се LLNR и Focused Energy.

Со кого и да разговарате на полето на фузија, нивните критики за одамна воспоставените реактори за нуклеарна фисија се исти. Реакциите на фисија (во кои големите атоми на збогатен ураниум се распаѓаат) даваат радиоактивен отпад, вклучувајќи плутониум и опасни актиниди кои можат да се вооружат. За разлика од фузијата, која е тешко да се започне и лесно да се запре, реакциите на фисија лесно се започнуваат и тешко се запираат, што воведува ризик од катастрофално топење. Понови дизајни, како Вестингхаус AP1000 реакторот за фисија, кој е во изградба и во САД и во Кина, има пасивни безбедносни мерки и е практично отпорен на распаѓање.

***

Некои атомски претприемачи мислат дека фисијата е доволна. Брет Кугелмас, основач и извршен директор на Последна енергија, тргна пред пет години да го осмисли најефикасниот и најекономичен нуклеарен реактор во светот. Пред да се реши за својот пристап, Кугелмас, кој сега има 36 години, интервјуираше стотици експерти од нуклеарната индустрија (и ги стави разговорите за неговата Титаните на нуклеарниот подкаст) за собирање на колективната мудрост на индустријата. Иако има верба во долгорочната иднина на фузијата, Кугелмас утврди дека најдобрата залог на светот за транзиција од фосилните горива е изградбата на модуларни реактори за фисија на наједноставен, најевтин и најбезбеден можен начин. Во својата фабрика во близина на Хјустон, Ласт Енерџи сега ги произведува своите први мали, модуларни реактори за вода под притисок, кои користат компоненти кои не се на полица, извори од постоечките синџири за снабдување со нуклеарно оружје, со технологија која е усовршена во текот на децениите и се користи во повеќе повеќе од 300 реактори ширум светот.

Веќе Ласт Енерџи продаде 10 од своите единици од 20 мегавати на клиент во Полска, уште две за Романија и неколку за Британија. Кугелмас вели дека неговата интелектуална сопственост не е во докажаните компоненти, туку во тоа како да ги собере сите заедно. Досега има собрано 24 милиони долари предводени од Гигафонд, и очекува првите реактори во Полска да работат во 2025 година. За да ги финансира машините, Last Energy склучува долгорочни договори за купување електрична енергија, ветувајќи им на клиентите декади нуклеарна енергија со нула јаглерод по пониски цени на пазарот. „Успеавме да откинеме посакувана ниша по која никој не тргнуваше“, вели Кугелмас. „Ние ја ставивме во црна кутија целата операција“.

Колку и да е привлечно ветувањето за фузија, ако Кугелмас го има својот пат, конкурентните реалности на воспоставената, сигурна фисија сепак би можел да го префрли својот нов братучед во ѓубриштето на херојски технолошки пропусти - се сеќавате на Betamax, Google Glass и New Coke?

ПОВЕЕ ОД ФОРБИПоттикната од милијардерски долари, нуклеарната фузија влегува во ново добаBy Кристофер ХелманПОВЕЕ ОД ФОРБИНовата нуклеарна енергија: Како Еднорог од фузија од 600 милиони долари планира да ја победи соларната енергијаBy Кристофер ХелманПОВЕЕ ОД ФОРБИТивките милијардери зад американскиот предатор дрон што го уби Иранецот СулејманиBy Дениз Чам