Ядзерны тэрмаядзерны працэс, які падсілкоўваецца доларамі-мільярдэрамі, уступае ў новую эпоху

Сабраўшы больш за 3 мільярды долараў у 2021 годзе ад такіх людзей, як Біл Гейтс і Джэф Безос, распрацоўшчыкі тэрмаядзернага сінтэзу настойваюць на тым, што гэтая крыніца энергіі з нулявым выкідам вугляроду можа стаць рэальнасцю на працягу дзесяці гадоў.

Ясна, што ядзерны сінтэз можа працаваць у маштабе - проста паглядзіце на зоркі. На працягу 70 гадоў фізікі марылі разліць гэтую зорную энергію ў выглядзе рэактараў тэрмаядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага зерня. Гэты Святы Грааль доўгі час рэкламаваўся як толькі праз 20 ці 30 гадоў, але фанаты ф'южн адмовіліся ад гэтай веры. І нездарма. Тэрмаядзерны сінтэз (разбіванне атамаў вадароду ў гелій) абяцае бязмежную электраэнергію з нулявым выкідам вугляроду з нулявым рызыкай расплаўлення і практычна адсутнасць радыеактыўных адходаў, звязаных з існуючымі АЭС, якія працуюць на дзяленні (расшчапленне атамаў урану на больш дробныя элементы). 

Гэтая мара натхніла Аджая Рояна, сузаснавальніка Mithril Capital (разам з мільярдэрам Пітэрам Цілам), які ў 2013 годзе ўпершыню ўклаў 2 мільёны долараў у Helion Energy, якая базуецца ў Рэдмандзе, штат Вашынгтон, каб яна магла пабудаваць прататып машыны з "паўторна-імпульснай магутнасцю". З тых часоў Mithril інвеставаў у Helion, уключаючы нядаўні раунд у 500 мільёнаў долараў (ацэнка кампаніі ў 3 мільярды долараў) — з абяцаннем яшчэ 1.7 мільярда долараў, калі сёмы прататып кампаніі будзе працаваць, як чакаецца. Раунд Helion вёў Сэм Альтман з Y Combinator. 

2021 год стаў важным як для фінансавання тэрмаядзернага сінтэзу, так і для прагнозаў, паколькі распрацоўшчыкі сабралі больш за 3 мільярды долараў для фінансавання наступнага раунда машын — некаторыя з іх цяпер абяцаюць камерцыйна жыццяздольны тэрмаядзерны ядзерны працэс усяго за пяць гадоў. Роян рады бачыць, што ф'южн прыцягвае больш увагі; «Вядома, 2021 год можа стаць паваротным пунктам для тэрмаядзерных тэхналогій, паводле аналітыкі Google, але сапраўдны паваротны момант адбыўся дзесяць гадоў таму, калі сілавая электроніка перасягнула парог». 

Генеральны дырэктар Дэвід Кіртлі тлумачыць, што першапачатковыя даследаванні і распрацоўкі Helion праводзіліся ў федэральных лабараторыях, з якіх Helion быў створаны ў 2013 годзе. Вызваліўшыся ад федэральнай бюракратыі даследаванняў і распрацовак, Helion з тых часоў стварае новыя прататыпы адзін за адным. «Металітэт стартапа непрыемны, гэта патрабаванне. і тое, на чым мы засяродзіліся з самага пачатку», — кажа Кіртлі.

У 2020 годзе Helion завяршыў свой шосты прататып рэактара, які атрымаў назву Trenta. Цяпер ён будуе сёмы, Polaris, у той час як ужо распрацоўвае восьмы, Antares, які Кіртлі мае намер стаць першай у гісторыі тэрмаядзернай машынай, якая будзе вылучаць больш энергіі, чым спажываць. Разам з хуткай ітэрацыяй Helion карыстаецца мясцовым вопытам. Ён будуе машыну Polaris у Эверэце, штат Вашынгтон, недалёка ад найбуйнейшых заводаў Boeing, дзе яны могуць скарыстацца гасціннай экасістэмай інжынераў-кантрактнікаў і вытворцаў дакладных вырабаў. Кіртлі кажа, што яны праводзяць раніцы, майструючы, абнаўляючы сістэмы і падключаючы кандэнсатары. «Кожны дзень у 3:XNUMX мы пачынаем рабіць ф'южн».

Каб зразумець падыход Геліёна, спачатку разгледзім магнітнае адштурхванне, якое ўзнікае, калі вы спрабуеце злучыць станоўчыя полюсы двух прутковых магнітаў. Гэта прынцып, які дазваляе выкарыстоўваць тэхналогію "mag-lev", як знакамітыя японскія хуткасныя цягнікі, якія выкарыстоўваюць магнітнае адштурхванне, каб плаваць на паветранай падушцы. 

Даследчыкі тэрмаядзернага ядзернага сінтэзу на працягу дзесяцігоддзяў імкнуліся распрацаваць наймацнейшыя ў свеце электрамагніты, з дапамогай якіх яны ствараюць рэакцыйныя камеры з настолькі моцнымі магнітнымі палямі, што яны могуць утрымліваць і сціскаць паток станоўча зараджаных пратонаў у шар плазмы, настолькі гарачы, што яны зліваюцца ў гелій. 

У новай сістэме Геліёна энергія, якая вылучаецца ў рэакцыях тэрмаядзернага ядзернага сінтэзу, бесперапынна выштурхоўвае магнітнае поле, якое адштурхоўвае назад, выклікаючы ваганні («як поршань», кажа Кіртлі), якія ствараюць электрычны ток, які Геліён захоплівае непасрэдна з рэактара. . (Больш падрабязна пра закон індукцыі Фарадэя.) 

Роян з Mithril кажа, што, магчыма, самая вялікая прывабнасць метаду прамога выпрацоўкі электраэнергіі Helion - гэта яго прастата. Іншыя тэрмаядзерныя падыходы накіраваны на выпрацоўку цяпла для кіпячэння вады і харчавання паравых турбін, якія вырабляюць электрычнасць - як на традыцыйных атамных электрастанцыях. «Мы можам зрабіць гэта без паравых турбін і градзірняў. Мы пазбаўляемся электрастанцыі». 

Безумоўна, Кіртлі разумее скептыцызм у галіне тэрмаядзернага зліцця, асабліва вакол яго агрэсіўнага раскладу. Ён пачаў сваю кар'еру ў тэрмаядзернай галіне, натхнёны навукоўцамі нацыянальных лабараторый у 1960-х гадах, якія дасягнулі вялікіх поспехаў у галіне магнітнага стрымлівання (спаборнічаючы з расійскімі навукоўцамі ў распрацоўцы рэактараў у форме пончыка, званых такамакамі) яшчэ да вынаходніцтва транзістараў. Але Кіртлі страціў веру пасля вызначэння ранніх падыходаў, якія проста не маглі развівацца дастаткова хутка, каб даць камерцыйнае рашэнне - таму ён пачаў працаваць над удасканаленым рухавіком касмічнага карабля з выкарыстаннем плазменных бруй, якія кіруюцца электрамагнітамі. Ён вярнуўся ў поле ў 2008 годзе, каб дапамагчы камерцыялізаваць тэхналогіі Helion. 

З часам ён мяркуе вытворчасць тэрмаядзерных генератараў на фабрыцы. Сістэма магутнасцю 50 МВт, упакаваная ў тры блокі памерам з транспартны кантэйнер, забяспечвала б электраэнергіяй 40,000 10 дамоў. «Праз XNUMX гадоў у нас напэўна будзе камерцыйная электраэнергія для продажу». 

Гэта ставіць Helion у гонку з бостанскай кампаніяй Commonwealth Fusion Systems, якая прыцягнула 1.8 мільярда долараў ад інвестараў, у тым ліку Біла Гейтса і Джорджа Сораса. Генеральны дырэктар Боб Мумгаард кажа, што праз 6 гадоў у іх будзе працуючы рэактар. Яго аптымізм падтрымліваецца паспяховымі летнімі выпрабаваннямі Садружнасці новых электрамагнітаў, створаных са звышправаднікамі з рэдказямельнага аксіду барыю і медзі. 

Мумгаард кажа, што гэтыя звышмагутныя магніты дазволяць Садружнасці ўдасканаліць свой некалькі больш традыцыйны тэрмаядзерны падыход да пабудовы рэактара «такамак» у форме пончыка, які Мумгаард называе «вялікай магнітнай бутэлькай», дзе магутныя магнітныя палі кіруюць шарамі плазмы 100 мільёнаў градусаў - « зорныя рэчы.» 

Ва ўсім свеце існуе каля 150 такамакаў; самы вялікі з іх будуецца ў Францыі міжнародным кансорцыумам ITER коштам 30 мільярдаў долараў. Машына вагой 20,000 2035 тон, памерам з баскетбольную арэну, павінна быць завершана да XNUMX года. 

Але Мумгаард мае намер для Commonwealth Fusion зрабіць ITER састарэлым яшчэ да таго, як ён будзе завершаны. Яе перавага заключаецца ва ўжыванні «высокатэмпературных» звышправаднікоў, вырабленых з рэдказямельнага аксіду барыю і медзі (ён жа ReBCO). 

Звышправаднікі перамяшчаюць электрычны ток з практычна нулявымі стратамі (значна больш эфектыўна, чым медзь, напрыклад). І яны з'яўляюцца ключавымі для стварэння магутных электрамагнітаў. Commonwealth выявіла, што, вырабляючы свае магніты з дапамогай спецыяльнай стужкі з аксіду барыю і медзі (напрыклад, стужкі, знойдзенай у касеце VHS), можна дасягнуць магнітных палёў, больш магутных, чым тыя, якія чакаюцца на ITER, але ў 1/20 маштабу. 

У той час як першасныя магніты ITER (так званыя саленоіды) будуць важыць каля 400 тон і ствараць палі мацнейшыя за 12 тэсла, Садружнасць разглядае 15-тонныя магніты, кожны з якіх будзе выкарыстоўваць 300 км тонкаплёнкавай стужкі ReBCO, якія будуць генераваць 20 тэсла (для параўнання, магнітна-рэзанансная тамаграфія робіць 1.5 тэсла). 

"Гэта адкрывае тэрмаядзерную машыну", - кажа Мумгаард. CES выпрабавала магніты мінулым летам і абвясціла гэта "доказам" таго, што навука аб тэрмаядзерным ядзерным сінтэзе практычна завершана і ўсё, што засталося, гэта пабудаваць рэактар. "Мы добра разумеем матэрыял і думаем, што зможам зрабіць гэта за тры гады", - кажа Мумгаард. «Да 2030 года мы ўбачым тэрмаядзерны сінтэз у сетцы». 

CES збіраецца пабудаваць сваю тэрмаядзерную машыну на пляцоўцы плошчай 47 акраў у штаце Масачусэтс і ўжо працуе над тым, каб атрымаць тысячы кіламетраў стужкі ReBCO. Ці можа даступнасць рэдказямельных элементаў стаць абмежавальным фактарам у разгортванні тэрмаядзернага сінтэзу? Не, кажа Мумгаард. «Цярмаядзерная ўстаноўка будзе мець менш рэдказямельных элементаў, чым ветравая турбіна. Fusion - гэта не рэсурс, які трэба здабываць або прапампоўваць. Гаворка ідзе пра тэхналогію». 

Павінна быць месца для больш чым аднаго пераможцы ф'южн. Сярод іншых лідэраў - кампанія General Fusion, якая базуецца ў Канадзе і падтрымліваецца Джэфам Безасам, якая сабрала ў гэтым годзе 130 мільёнаў долараў. Іншымі вядомымі мільярдэрамі ў тэрмаядзернай гульні з'яўляюцца Ніл і Ліндэн Блю, якія валодаюць кампаніяй General Atomics з Сан-Дыега, якая на працягу дзесяцігоддзяў кіруе даследчым токамаком ад імя Міністэрства энергетыкі і якая ў гэтым годзе паставіла ў ITER асноўную частку сваіх электрамагнітаў токамака - 1,000-тонны цэнтральны саленоід. І ёсць TAE Energy з Каліфорніі, якая эксперыментавала з 1 мільярдам долараў на працягу апошняга дзесяцігоддзя і сабрала 130 мільёнаў долараў падчас пандэміі.

Тэхналогія Fusion, магчыма, пачалася ў лабараторыях, якія фінансуюцца ўрадам, але для яе рэалізацыі прыйдзецца абапірацца на прыватнае фінансаванне. Эмі Рома, партнёр кампаніі Hogan Lovells у Вашынгтоне, акруга Калумбія, кажа, што законапраект Build Back Better, які зараз знаходзіцца ў падвешаным стане, уключаў бы 875 мільёнаў долараў на перадавую ядзерную зброю, але пакуль прамысловасці давядзецца задаволіцца новым офісам для дэманстрацыі перадавых рэактараў у рамках Міністэрства энергетыкі, фінансуецца нядаўнім Законам аб інфраструктуры. Ядзерная энергетыка з нулявым выкідам вугляроду таксама выйграе ад нядаўняга распараджэння прэзідэнта Байдэна, які патрабуе, каб закупкі энергіі федэральным урадам былі «нулявымі» да 2030 года. 

Легендарны інвестар у тэхналогію Стыў Юрвэтсан, прыхільнік Commonwealth Fusion, які выпісаў свой першы чэк на даследаванні тэрмаядзернага сінтэзу 25 гадоў таму, амаль здзівіўся, што гэтая доўга адкладаная мара хутка можа стаць рэальнасцю. «Ёсць шмат скептыкаў, пакуль гэта не будзе зроблена. Потым кажуць, што гэта відавочна». 

Роян з Mithril кажа, што ён ужо працуе над карэкціроўкай сваёй структуры, каб разгледзець, наколькі па-іншаму будзе выглядаць свет, калі тэрмаядзерны сінтэз стане рэальным — «Падумайце аб магчымасцях для апраснення вады і вытворчасці ўгнаенняў. Гэта істотна змяняе эканоміку вады і, такім чынам, эканоміку сельскай гаспадаркі». Усё гэта частка шляху чалавецтва, кажа ён, «працягваць даказваць, што Мальтус быў ідыётам». 

БОЛЬШ З ФОРЕНовая ядзерная энергетыка: як аднарог з тэрмаядзернай энергіі коштам 600 мільёнаў долараў плануе перамагчы сонечнуюBy Крыстафер Гельман
БОЛЬШ З ФОРЕЦіхія мільярдэры, якія стаяць за амерыканскім беспілотнікам Predator, які забіў іранскага СулейманіBy Дэніз Чам