Нацыянальная лабараторыя разблакуе ядзерны сінтэз — сапраўдны прарыў, закон аб навізне ці і тое, і іншае?

Nядзерны сінтэз доўгі час быў Святым Граалем сапраўды чыстай энергіі. Разбіванне атамаў вадароду абяцае бязмежную электраэнергію з нулявымі выкідамі вугляроду, мінімумам радыеактыўных адходаў і нулявой верагоднасцю катастрафічнага расплаўлення. Але на працягу паўвека навукоўцы тэрмаядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага працэсу былі абмежаваныя магутнасцю сваіх лазераў і сілай іх магнітных палёў - ніколі раней не высвятлялі, як атрымаць з разбівання атамаў больш энергіі, чым яны ўкладваюць. Да гэтага часу.

Сёння навукоўцы ў National Ignition Facility на Нацыянальная лабараторыя Лоуренса Ливермора (LLNL) у Каліфорніі пакажуць, што ў пачатку снежня ім упершыню ўдалося дасягнуць прыросту энергіі больш за 1 - гэта значыць больш энергіі было выпраменьвана ў выніку рэакцый у іх дэйтэрыева-трыціевай паліўнай капсуле (2,000 мегаджоуляў) чым змяшчалася ў ст 192 лазера што яны ўзарвалі яго з.

Гэта вялікая справа, вартая святкавання, але ў некаторай ступені прадвызначаная выснова, кажа Дэбра Калахан, фізік па плазме, якая нядаўна пакінула каманду LLNL па тэрмаядзерным працэсе, каб стаць навуковым дырэктарам пры запуску Сфакусаваная энергія, які ўжо працуе над камерцыялізацыяй гэтага падыходу.

Калахан ведаў, што LLNL дасягне чыстага прыросту энергіі пасля таго, як у мінулым годзе яны дасягнулі выпрацоўкі энергіі ў 72% ад спажыванай імі лазернай энергіі. «Для мяне гэта не сюрпрыз. Улічваючы шлях вынікаў, якія мы бачылі, гэта павінна было адбыцца», — кажа яна. Ім патрэбна была крыху большая магутнасць лазера. Такім чынам, як гэта працуе? Уявіце сабе маленькі полы цыліндр з золата, які змяшчаецца ў вашай далоні. Гэта называецца гольраум. Унутры холраума змяшчаецца малюсенькая паліўная капсула, унутры якой знаходзяцца атамы дэйтэрыю і трыція.

Яны выкарыстоўваюць золата, таму што яно ўтрымлівае рэнтгенаўскія прамяні, якія ўзнікаюць, калі яны падарваюць абодва канцы хохлараума 173 самымі магутнымі ў свеце лазерамі. Калахан кажа: «Гэта як рэнтгенаўская печ», якая сціскае паліва настолькі, што яно выбухае і запальвае сінтэз атамаў у цэнтры капсулы. Затым сінтэз распаўсюджваецца хваляй ад цэнтра, выпраменьваючы велізарнае цяпло. Усё гэта адбываецца за мільярдную долю секунды.

Чаму Калахан пакінуў LLNL, калі яны былі на парозе поспеху? Таму што, кажа яна, National Ignition Facility - гэта не тэрмаядзерная машына. Hohlraum выдатна падыходзіць для дэманстрацыі запальвання, але ён не абавязкова дастаткова эфектыўны для распрацоўкі бесперапыннага імпульснага тэрмаядзернага ядзернага ядзернага сінтэзу, таму што так шмат рэшткавай энергіі лазера губляецца пры награванні золата, а не вадароднага паліва. Такім чынам, у Focused Energy (пры падтрымцы Лабараторыя асноўных рухавікоў і New Enterprise Associates) іх план складаецца ў тым, каб адмовіцца ад hohlraum і замест гэтага выкарыстоўваць падыход «прамога прывада» - выбух лазераў непасрэдна на паліўную капсулу (гл. схему).

Яны яшчэ не прадэманстравалі, што гэта працуе, але Калахан упэўнены, што праз пару гадоў іх пілотны праект дасягне 10-кратнага прыросту энергіі. За гэтым рушыць услед другая ўстаноўка, якая дасягне 30-кратнага прыросту энергіі, а затым тое, што ў канцы 2030-х гадоў стане іх першым камерцыйным генератарам, які, спадзяюся, дасягне 100-кратнага прыросту энергіі і выбухае 10 паліўных капсул кожную секунду.

Але ў гэтым была асаблівая праблема. Пры 10 у секунду іх машына будзе выкарыстоўваць амаль 900,000 XNUMX капсул у дзень. Гэта не тое, што засыпаць вугаль у топку; кожная капсула павінна быць выраблена ў адпаведнасці са строгімі стандартамі і ўведзена ў машыну з ідэальным часам.

***

Гэта рэальна? Некаторыя канкурэнты ф'южн так не думаюць. General Fusion - гэта ф'южн-кампанія, якая базуецца ў Ванкуверы, Канада, і якая ўчора абвясціла пра свой уласны этап. Яго падыход называецца зліццём намагнічанай мішэні і ўключае машыну, у якую яны ўпырскваюць шарык вадароднай плазмы ў машыну і выкарыстоўваюць магутныя магніты, каб утрымліваць яго пры сціску з дапамогай механічных поршняў, а не лазераў. Генеральны дырэктар Грэг Твінні чакае, што пілотная ўстаноўка General Fusion, якую будуе ў Вялікабрытаніі, прадэманструе тэрмаядзерны сінтэз у 2027 годзе, а камерцыйны дызайн будзе гатовы ў пачатку 2030-х гадоў. «Калі мы бачым такія навіны, мы не здзіўляемся», — кажа ён. Але падыход LLNL не можа быць экстрапаляваны на працуючую тэрмаядзерную ўстаноўку, што і з'яўляецца General Fusion (пры падтрымцы 300 мільёнаў долараў ад Джэфа Безоса, ShopifyКРАМА
Генеральны дырэктар Тобіас Лутке і Тэмасек, сярод іншых) паставіліся да гэтага з самага пачатку. «Усё, што мы робім, сканцэнтравана на камерцыйнай электрастанцыі», — кажа ён. «Калі гэта працуе ў навуковым эксперыменце, але не з'яўляецца камерцыйным, мы ў гэтым не зацікаўленыя».

Навіны LLNL выклікалі падобны адказ ад генеральнага дырэктара Дэвіда Кіртлі з Сіэтла, які базуецца ў ф'южн-стартапе Геліён, падтрыманы 600 мільёнамі долараў тэхналагічных магнатаў Пітэра Ціла, Сэма Альтмана, Дастына Маскавіца, Рэйда Хофмана і Джэфа Скола. «Мы вельмі рады, што яны дасягнулі навуковых вех для сваёй машыны», — кажа Кіртлі. Але ён не адчувае пагрозы з-за «даследчай прылады, не прызначанай для вытворчасці электрычнасці». Наадварот, функцыя тэрмаядзернай машыны Геліёна даўжынёй 60 футаў прадугледжвае ін'екцыю плазменных шароў на кожным канцы, разбіваючы іх разам у рэакцыі 100 мільёнаў градусаў, якая кіруецца інтэнсіўнымі магнітнымі палямі. У новай сістэме Геліёна энергія, якая вылучаецца ў рэакцыях тэрмаядзернага сінтэзу, бесперапынна выштурхоўвае магнітнае поле, якое адштурхоўвае назад — выклікаючы ваганні, «як поршань», кажа Кіртлі, якія генеруюць электрычны ток, які Геліён захоплівае непасрэдна з рэактара. (Каб даведацца больш, чытайце далей Закон індукцыі Фарадэя.)

Helion будуе свой 7-ы прататып і распрацоўвае 8-ы, які, як спадзяецца Кіртлі, стане першым камерцыйным тэрмаядзерным генератарам — магчыма, падключаным да электрасеткі да канца гэтага дзесяцігоддзя, калі ўсё пойдзе добра. Ён кажа, што федэральныя ядзерныя рэгулятары, падобна, будуць падпарадкоўваць сваю машыну тым жа правілам, што і паскаральнікі часціц і машыны для візуалізацыі, якія выкарыстоўваюцца ў бальніцах.

І ёсць шмат іншых кампаній, якія прытрымліваюцца найбольш усталяванага падыходу да тэрмаядзернага сінтэзу - токамак канцэпцыя, пры якой шарыкі плазмы ўпырскваюцца ў камеру рэактара ў форме полага пончыка, якая кіруецца магутнымі магнітнымі палямі. Commonwealth Fusion, пабочны прадукт Масачусецкага тэхналагічнага інстытута, імкнецца ўдасканаліць токамак з выкарыстаннем звышвысокатэмпературных звышправодных матэрыялаў, якія, на думку генеральнага дырэктара Боб Мумгард, дазволяць ім мець працуючую тэрмаядзерную прыладу да канца дзесяцігоддзя. Тое ж самае тычыцца кампаніі General Atomics з Сан-Дыега (самай вядомай за вынаходніцтва беспілотніка Predator), якая дзесяцігоддзямі эксплуатуе токамак для Міністэрства энергетыкі і распрацоўвае новую машыну. GA таксама пабудавала, магчыма, самы магутны ў свеце магніт, які называецца цэнтральным саленоідам, для найбуйнейшага ў свеце праекта тэрмаядзернага сінтэзу з усіх, 30 мільярдаў даляраў ITER будуецца ў Францыі. Калі іншыя ф'южн-стартапы даб'юцца свайго, ITER састарэе яшчэ да таго, як будзе завершана ў наступным дзесяцігоддзі. Робячы стаўкі, GA (належыць мільярдэру Нілу Блю) мае партнёрства з Нацыянальнай лабараторыяй Саванна-Рывер для вытворчасці паліўных гранул для лазерных тэрмаядзерных машын, такіх як LLNR і Focused Energy.

З кім бы вы ні размаўлялі ў галіне тэрмаядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага працэсу. Рэакцыі дзялення (у выніку якіх вялікія атамы ўзбагачанага ўрану распадаюцца) утвараюць радыеактыўныя адходы, у тым ліку плутоній і небяспечныя актыніды, якія могуць стаць зброяй. У адрозненне ад тэрмаядзернага сінтэзу, які цяжка запусціць і лёгка спыніць, рэакцыі дзялення лёгка запусціць і цяжка спыніць, што стварае рызыку катастрафічнага плаўлення. Новыя канструкцыі, як Westinghouse AP1000 Рэактар ​​дзялення, які будуецца як у ЗША, так і ў Кітаі, мае пасіўныя меры бяспекі і практычна не расплаўляецца.

***

Некаторыя атамныя прадпрымальнікі лічаць, што дзялення дастаткова. Брэт Кугельмас, заснавальнік і генеральны дырэктар кампаніі Апошняя энергія, пяць гадоў таму ўзяліся за распрацоўку самага эфектыўнага і эканамічнага ў свеце ядзернага рэактара. Перш чым спыніцца на сваім падыходзе, Кугельмас, якому цяпер 36 гадоў, апытаў сотні экспертаў ядзернай галіны (і перавёў перамовы на Падкаст Titans of Nuclear), каб атрымаць калектыўную мудрасць галіны. Хаця ён верыць у доўгатэрміновую будучыню тэрмаядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага сыравіны. На сваім заводзе недалёка ад Х'юстана Last Energy зараз вырабляе свае першыя невялікія модульныя рэактары з вадой пад ціскам, у якіх выкарыстоўваюцца гатовыя кампаненты, атрыманыя праз існуючыя ядзерныя ланцужкі паставак, з тэхналогіяй, якая ўдасканальвалася на працягу дзесяцігоддзяў і выкарыстоўваецца ў большай колькасці больш за 300 рэактараў па ўсім свеце.

Кампанія Last Energy ужо прадала 10 са сваіх 20-мегаватных блокаў кліенту ў Польшчы, яшчэ два — у Румынію і некалькі — у Брытанію. Кугельмас кажа, што яго інтэлектуальная ўласнасць заключаецца не ў правераных кампанентах, а ў тым, як злучыць іх усе разам. Да гэтага часу ён сабраў 24 мільёны долараў на чале з Гігафонд, і чакае, што першыя рэактары ў Польшчы запрацуюць у 2025 годзе. Для фінансавання машын Last Energy заключае доўгатэрміновыя пагадненні аб куплі электраэнергіі, абяцаючы кліентам дзесяцігоддзі ядзернай энергетыкі з нулявым выкідам вугляроду па цэнах ніжэйшых за рынкавыя. «Нам удалося заняць жаданую нішу, на якую ніхто не імкнуўся», — кажа Кугельмас. «Мы змясцілі ўсю аперацыю ў чорны скрыню».

Якім бы прывабным ні было абяцанне тэрмаядзернага сінтэзу, але калі Kugelmass даб'ецца канкурэнтных рэалій устоянага, надзейнага дзялення, усё ж можа адкінуць свайго новага стрыечнага брата на сметнік гераічных тэхнічных правалаў - памятаеце Betamax, Google Glass і New Coke?

БОЛЬШ З ФОРЕЯдзерны тэрмаядзерны працэс, які падсілкоўваецца доларамі-мільярдэрамі, уступае ў новую эпохуBy Крыстафер ГельманБОЛЬШ З ФОРЕНовая ядзерная энергетыка: як аднарог з тэрмаядзернай энергіі коштам 600 мільёнаў долараў плануе перамагчы сонечнуюBy Крыстафер ГельманБОЛЬШ З ФОРЕЦіхія мільярдэры, якія стаяць за амерыканскім беспілотнікам Predator, які забіў іранскага СулейманіBy Дэніз Чам