Наведванне Helion Energy, калі рэгіён Сіэтла быў ахутаны дымам

У чацвер, 20 кастрычніка, я здзейсніў справаздачную паездку ў Эверэт, штат Вашынгтон, каб наведаць Энергія гелія, ф'южн-стартап, які сабраў амаль 600 мільёнаў долараў ад шэрагу адносна вядомых інвестараў з Сіліконавай даліны, у тым ліку Пітэра Ціля і Сэма Альтмана. Ён мае яшчэ 1.7 мільярда долараў у якасці абавязацельстваў, калі ён дасягне пэўных мэтавых паказчыкаў.

Паколькі ядзерны сінтэз мае патэнцыял для атрымання неабмежаванай колькасці чыстай энергіі без утварэння доўгатэрміновых ядзерных адходаў, яго часта называюць «святым Граалем» чыстай энергіі. Святы Грааль, аднак, застаецца няўлоўным, таму што ўзнаўленне тэрмаядзернага сінтэзу на зямлі такім чынам, каб генераваць больш энергіі, неабходнай для распальвання рэакцыі і якая можа падтрымлівацца на працягу доўгага перыяду часу, да гэтага часу заставалася недасяжным. Калі б мы толькі здолелі камерцыялізаваць тэрмаядзерны яд тут, на зямлі, і ў маштабе, усе нашы энергетычныя праблемы былі б вырашаны, кажуць прыхільнікі тэрмаядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага сінтэзу. 

Ф'южн таксама быў на гарызонце на працягу дзесяцігоддзяў, проста па-за дасяжнасцю, здавалася б, трывала ўкаранёны ў тэхна-ўтопіі, якая існуе толькі ў фантастычных фантастычных раманах.

Але наведванне велізарнай працоўнай прасторы і лабараторыі Helion Energy выцягнула для мяне ідэю сінтэзу з цалкам фантастычнага ў патэнцыйна рэальнае. Вядома, «патэнцыйна рэальны» не азначае, што тэрмаядзерны сінтэз стане камерцыйна жыццяздольнай крыніцай энергіі для вашага дома і майго камп'ютара ў наступным годзе. Але гэта ўжо не падобна на палёт на касмічным караблі да Плутона.

Калі я праходзіў па масіўных будынках Helion Energy у Эверэце, адзін у поўным аб'ёме, а другі яшчэ будуецца, я быў уражаны тым, як усё выглядала будзённа. Паўсюль будаўнічае абсталяванне, машыны, шнуры сілкавання, варштаты і незлічоная колькасць дэталяў, якія выглядаюць як касмічны карабель. Планы выконваюцца. Будуюцца і выпрабоўваюцца дзіка замежныя машыны.

Для супрацоўнікаў Helion Energy стварэнне тэрмаядзернай прылады - гэта іх праца. Хадзіць у офіс кожны дзень азначае складаць частку A ў частку B і ў частку C, важдацца з гэтымі часткамі, тэставаць іх, а потым дадаваць іх у новыя часткі, тэставаць іх, разбіраць гэтыя часткі, магчыма, калі нешта працуе не так, як трэба, а затым сабраць яго зноўку, пакуль не атрымаецца. А потым пераходзім да часткі D і часткі E.

Дата майго візіту таксама мае дачыненне да гэтай гісторыі, таму што яна дадала ў маю рэпартажную паездку другі пласт таго, што дзіўнае становіцца рэальным. 

20 кастрычніка рэгіён Сіэтл-Эверэт быў ахутаны небяспечным узроўнем дыму ад лясных пажараў. Індэкс якасці паветра ў Эверэт склаў 254, што рабіла яго найгоршай якасцю паветра ў свеце на той момант, паводле IQAir.

«Некалькі лясных пажараў, якія гарэлі на паўночных каскадах, выклікаліся цёплым, сухім і ветраным надвор'ем. Усходні вецер распальваў пажары, а таксама гнаў узнікшы дым на захад у бок Эверэта і рэгіёна Сіэтла», Крысці Чэстэр Шродэр, сказаў мне менеджэр па пытаннях якасці паветра IQAir North America.

Глабальнае пацяпленне дапамагае распаліць гэтыя пажары, Дэніз Л. Маўзераль, прафесар экалагічнай інжынерыі і міжнародных адносін у Прынстане, сказаў мне.

«Змены клімату спрыялі высокім тэмпературам і сухім умовам, якія пераважалі на паўночным захадзе Ціхага акіяна ў гэтым годзе», — сказаў Маўзераль. «Гэтыя ўмовы надвор'я, якія пагаршаюцца змяненнем клімату, павялічылі верагоднасць і сур'ёзнасць пажараў, якія з'яўляюцца прычынай надзвычай дрэннай якасці паветра».

Гэта было настолькі дрэнна, што Helion загадаў усім сваім супрацоўнікам заставацца дома ўпершыню. Адміністрацыя палічыла занадта небяспечным прасіць іх пакінуць свае дамы.

Абставіны майго візіту наладзілі нязручную барацьбу. З аднаго боку, у мяне з'явілася новая надзея на магчымасць тэрмаядзернай энергіі. У той жа час я ўнутрана змагаўся з глыбокім пачуццём страху з нагоды стану свету.

Я быў не адзін, хто адчуваў цяжар гэтага моманту. «Гэта вельмі незвычайна», Крыс Піл, сузаснавальнік і галоўны тэхналагічны дырэктар Helion, сказаў пра дым.

Піхл працуе над тэрмаядзерным сінтэзам ужо амаль два дзесяцігоддзі. Ён бачыў, як гэта эвалюцыянавала з вобласці навукоўцаў-фізікаў у сферу, за якой уважліва сочаць рэпарцёры і якая збірае мільярды інвестыцый. Людзі, якія працуюць над ф'южн, сталі крутымі дзецьмі, героямі-аўтсайдэрамі. У той час як мы разам губляем усе рэалістычныя надзеі застацца ў межах запланаваных 1.5 градусаў пацяплення і калі глабальны попыт на энергію працягвае расці, тэрмаядзерны ядзерны сінтэз з'яўляецца выхадам, які часам здаецца адзіным рашэннем.

«Гэта менш акадэмічная пагоня, альтруістычная пагоня, і я думаю, што на дадзены момант гэта ператвараецца больш у гульню на выжыванне, з улікам таго, як ідуць справы», — сказаў мне Піхл, калі мы сядзелі ў пустых офісах Helion і глядзелі на сцяна з шэрага дыму. «Значыць, трэба. І я рады, што гэта прыцягвае ўвагу».

Генеральны дырэктар і сузаснавальнік Дэвід Кіртлі правёў мяне па велізарнай лабараторыі, дзе Helion працуе над стварэннем кампанентаў для сваёй сістэмы сёмага пакалення Polaris. Кожнае пакаленне даказвала некаторую камбінацыю фізікі і інжынерыі, якая неабходная, каб рэалізаваць спецыфічны падыход Helion да тэрмаядзернага сінтэзу. Прататып шостага пакалення, Trenta, быў завершаны ў 2020 годзе і даказаў, што здольны дасягаць 100 мільёнаў градусаў Цэльсія, што стала ключавой вяхой для праверкі падыходу Helion.

Polaris закліканы даказаць, сярод іншага, што ён можа атрымаць чыстую электраэнергію, гэта значыць выпрацоўваць больш, чым спажывае, і ён ужо пачаў распрацоўваць сістэму восьмага пакалення, якая стане яе першай сістэмай камерцыйнага ўзроўню. Мэта складаецца ў тым, каб да 2024 года прадэманстраваць, што Helion можа вырабляць электраэнергію з тэрмаядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага ядзернага геліяна, і да канца дзесяцігоддзя ён павінен атрымаць электраэнергію, сказаў мне Кіртлі.

Частка магчымасцей паступлення энергіі тэрмаядзернага ядзернага сінтэзу ў электрычную сетку ў Злучаных Штатах залежыць ад фактараў, якія Геліён не можа кантраляваць — усталявання нарматыўных працэсаў з Камісіяй па ядзерным рэгуляванні і працэсаў ліцэнзавання для атрымання неабходных узгадненняў на ўзаемазлучэнне сетак, працэс, якім Кіртлі займаўся сказаў можа вар'іравацца ад некалькіх гадоў да цэлых дзесяці гадоў. Паколькі існуе вельмі шмат нарматыўных перашкод, неабходных для падключэння тэрмаядзернага сінтэзу да сеткі, Кіртлі сказаў, што чакае, што іх першымі кліентамі, якія плацяць, хутчэй за ўсё, будуць прыватныя кліенты, напрыклад, тэхналагічныя кампаніі, якія маюць энергаёмістыя цэнтры апрацоўкі дадзеных. Праца з камунальнікамі зойме больш часу.

Адна частка сістэмы Polaris, якая выглядае, мабыць, самай незямной для эксперта па тэрмаядзерным працэсе (як я) Тэст інжэктара Polaris, якім паліва для тэрмаядзернага рэактара будзе трапляць у прыладу.

Магчыма, самы вядомы метад тэрмаядзернага ядзернага ядзернага сінтэзу ўключае ў сябе токамак, прыладу ў форме пончыка, якая выкарыстоўвае звышмагутныя магніты для ўтрымання плазмы, дзе можа адбыцца тэрмаядзерная рэакцыя. Міжнародны сумесны тэрмаядзерны праект пад назвай ИТЭР («шлях» на лаціне), будуе вялізны токамак у Паўднёвай Францыі, каб даказаць жыццяздольнасць тэрмаядзернага сінтэзу.

Helion не будуе токамак. Ён будуе доўгую вузкую прыладу пад назвай Field Reversed Configuration, або FRC, і наступная версія будзе мець даўжыню каля 60 футаў.

Паліва ўпырскваецца кароткімі малюсенькімі парывамі на абодвух канцах прылады, і электрычны ток, які цячэ ў цыкле, абмяжоўвае плазму. Магніты запальваюць паслядоўна імпульсамі, адпраўляючы плазму з абодвух канцоў насустрач адзін аднаму з хуткасцю больш за мільён міль у гадзіну. Плазма разбіваецца адна аб адну ў цэнтральнай термоядерной камеры, дзе яны зліваюцца ў звышгарачую шчыльную плазму, якая дасягае 100 мільёнаў градусаў Цэльсія. Тут адбываецца зліццё, выпрацоўваючы новую энергію. Магнітныя шпулькі, якія палягчаюць сціск плазмы, таксама аднаўляюць выпрацаваную энергію. Частка гэтай энергіі перапрацоўваецца і выкарыстоўваецца для падзарадкі кандэнсатараў, якія першапачаткова забяспечвалі рэакцыю. Дадатковая дадатковая энергія - гэта электрычнасць, якую можна выкарыстоўваць.  

Кіртлі параўноўвае пульсацыю іх тэрмаядзернай машыны з поршнем.

«Вы сціскаеце паліва, яно гарыць вельмі горача і вельмі інтэнсіўна, але нядоўга. І колькасць цяпла, якое вылучаецца ў гэтым маленькім імпульсе, больш, чым вялікае вогнішча, якое гарыць увесь час», — сказаў ён мне. «І паколькі гэта імпульс, таму што гэта толькі адзін невялікі імпульс высокай інтэнсіўнасці, вы можаце зрабіць гэтыя рухавікі значна больш кампактнымі, значна меншымі», што важна для зніжэння выдаткаў.

Ідэя на самай справе не новая. Кіртлі сказаў, што гэта тэарэтызавалася ў 1950-х і 60-х гадах. Але гэта было немагчыма выканаць, пакуль не былі распрацаваны сучасныя транзістары і паўправаднікі. І Піхл, і Кіртлі разглядалі ф'южн раней у сваёй кар'еры і не былі перакананыя ў яго эканамічнай жыццяздольнасці, пакуль не прыйшлі да гэтага дызайну FRC. 

Яшчэ адзін роў, які трэба перасекчы: у гэтай канструкцыі выкарыстоўваецца вельмі рэдкае паліва. Палівам для падыходу Helion з'яўляецца дэйтэрый, ізатоп вадароду, які даволі лёгка знайсці, і гелій тры, які з'яўляецца вельмі рэдкім тыпам гелія з адным дадатковым нейтронам.

«Раней нам даводзілася казаць, што вам трэба было адправіцца ў адкрыты космас, каб атрымаць гелій тры, таму што гэта было вельмі рэдка», - сказаў Крытлі. Каб павялічыць маштаб сваёй тэрмаядзернай машыны, Helion таксама распрацоўвае спосаб вырабляць гелій тры з дапамогай тэрмаядзернага сінтэзу.

Няма сумненняў у тым, што Helion мае шмат этапаў, працэсаў і нарматыўных перашкод, перш чым ён зможа прынесці ў свет неабмежаваную колькасць чыстай энергіі, як ён і імкнецца. Але тое, што адчуваеш, хадзіць па велізарнай шырока адкрытай лабараторыі - з аднымі з самых вялікіх потолочных вентылятараў, якія я калі-небудзь бачыў - здаецца магчымым такім чынам, што я ніколі раней не адчуваў. Вяртаючыся ў той дзень у дым, я быў вельмі ўдзячны за такую ​​порцыю надзеі.

Але большасць людзей у той дзень не наведвала лабараторыю Helion Energy. Большасць людзей сядзелі, затрымаўшыся ўнутры, або падвяргалі сябе небяспецы звонку, не ў стане бачыць гарызонт, не ў стане бачыць будучыню, дзе стварэнне тэрмаядзернай машыны - гэта праца, якая выконваецца, як механік, які працуе ў гаражы. Я спытаўся ў Кіртлі пра пачуццё адчаю ад дыму і надзеі на зборку дэталяў зліцця.

«Часам кагнітыўны дысананс таго, што мы бачым у свеце, і таго, што мы тут будуем, даволі экстрэмальны», — сказаў Кіртлі.

«Дваццаць гадоў таму мы былі менш аптымістычныя адносна тэрмаядзернага сінтэзу». Але цяпер яго вочы свецяцца, калі ён праводзіць мяне па лабараторыі. «Я вельмі ўсхваляваны. Я атрымліваю вельмі - вы можаце сказаць - я атрымліваю вельмі энергію ".

Іншыя маладыя навукоўцы таксама ў захапленні ад тэрмаядзернага сінтэзу. У пачатку тыдня, калі я наведаў, Кіртлі выступаў з дакладам на канферэнцыі аддзела фізікі плазмы Амерыканскага таварыства фізікі.

«Пасля заканчэння размовы я выйшаў, і са мной было 30-40 чалавек, і ў калідоры мы паўтары гадзіны размаўлялі пра галіну», — сказаў ён. «Ажыятаж быў велізарны. І шмат у чым гэта адбывалася з маладымі інжынерамі і навукоўцамі, якія або аспіранты, або аспіранты, або ў першыя 10 гадоў сваёй кар'еры, якія сапраўды ў захапленні ад таго, што робіць прыватная прамысловасць».