Ұлттық зертхана ядролық синтездің құлпын ашады - нағыз серпіліс, жаңалық актісі немесе екеуі де?

NЯдролық синтез ежелден нағыз таза энергияның Қасиетті Граясы болды. Сутегі атомдарының қирауы нөлдік көміртегі шығарындыларымен, ең аз радиоактивті қалдықтармен және апатты балқудың нөлдік ықтималдығымен шексіз электр энергиясын уәде етеді. Бірақ жарты ғасыр бойы синтез ғалымдары лазерлерінің күшімен және магнит өрістерінің күшімен шектелді — бұрын ешқашан атомның жарылуынан олар енгізгеннен гөрі көбірек энергияны қалай алу керектігін ойлап көрмеген.

Бүгінгі таңда ғалымдар Ұлттық тұтану қондырғысы жанында Лоуренс Ливермор ұлттық зертханасы Калифорниядағы (LLNL) желтоқсан айының басында олар алғаш рет энергияның 1-ден жоғары өсуіне қол жеткізгенін көрсетеді, яғни олардың дейтерий-тритий отын капсуласы (2,000 мегаджоуль) ішіндегі реакциялардан көбірек энергия бөлінді. ішінде қамтылғанына қарағанда 192 лазер олар оны жарып жіберді.

Бұл үлкен мәміле, тойлауға тұрарлық, бірақ алдын ала жасалған қорытынды, - дейді плазма физигі Дебра Каллахан, жақында LLNL біріктіру командасынан стартапта ғылыми директор болу үшін кеткен. Фокусталған энергия, ол қазірдің өзінде тәсілді коммерцияландыру үшін жұмыс істеп жатыр.

Каллахан LLNL өткен жылы лазерлік энергияның 72% энергия шығысына жеткеннен кейін таза энергияға қол жеткізетінін білді. «Бұл мен үшін күтпеген жағдай емес. Берілген біз көрген нәтижелер жолы, бұл болатын еді», - дейді ол. Оларға сәл көбірек лазерлік қуат қажет болды. Сонымен, ол қалай жұмыс істейді? Алақанға сыйатын алтыннан жасалған кішкене қуыс цилиндрді елестетіңіз. Бұл деп аталады hohlraum. Хольраумның ішінде кішкентай отын капсуласы бар, оның ішінде дейтерий мен тритий атомдары бар.

Олар алтынды пайдаланады, өйткені ол әлемдегі ең қуатты 173 лазермен хохраумның екі ұшын жарған кезде пайда болатын рентген сәулелерін сақтайды. Каллахан: «Бұл рентген пеші сияқты», - дейді жанармайды қатты қысатыны сонша, ол жарылып, капсуланың ортасында атомдар арасындағы синтезді тұтандырады. Содан кейін синтез орталықтан толқын түрінде таралып, керемет жылу шығарады. Мұның бәрі секундтың миллиардтан бірінде болады.

Неліктен Каллахан LLNL-ден жетістікке жеткенде кетіп қалды? Өйткені, оның айтуынша, Ұлттық тұтану қондырғысы термоядролық құрылғы емес. Hohlraum тұтануды көрсету үшін тамаша, бірақ ол үздіксіз импульстік синтезді жасау үшін жеткілікті тиімді емес, өйткені сутегі отынынан гөрі алтынды қыздыру кезінде көп қалдық лазер энергиясы жоғалады. Сонымен, Focused Energy (қолдау көрсеткен Prime Movers зертханасы және Жаңа Enterprise Associates) олардың жоспары hohlraum тастау және оның орнына «тікелей жетек» әдісін пайдалану болып табылады — лазерлерді тікелей отын капсуласына жағу (сызбаны қараңыз).

Олар оның жұмыс істейтінін әлі көрсеткен жоқ, бірақ Каллахан бірнеше жылдан кейін олардың пилоттық жобасы 10 есе энергияға қол жеткізетініне сенімді. Одан кейін 30 есе өсімге жететін екінші зауыт болады, содан кейін 2030 жылдардың соңында олардың бірінші коммерциялық генераторы болады, ол 100 есе энергияға қол жеткізеді және секунд сайын 10 жанармай капсуласын жарып жібереді.

Бірақ бұл жерде ерекше қиындық бар. Секундына 10 жылдамдықпен олардың машинасы тәулігіне 900,000 XNUMX капсуланы қолданады. Бұл пешке көмірді күректеу сияқты емес; әрбір капсула қатаң стандарттарға сай жасалуы және тамаша уақытпен машинаға түсірілуі керек.

***

Бұл шынайы ма? Кейбір фьюжн бәсекелестері олай ойламайды. General Fusion - бұл Ванкувердегі, Канададағы фьюжн компаниясы, ол кеше өзінің маңызды кезеңін жариялады. Оның тәсілі магниттелген мақсатты синтез деп аталады және олар машинаға сутегі плазмасының шарын енгізетін және лазермен емес, механикалық поршеньдермен қысу кезінде оны ұстау үшін қуатты магниттерді қолданатын машинаны қамтиды. Бас директор Грег Твинни Ұлыбританияда салынып жатқан General Fusion пилоттық зауыты 2027 жылы синтезді көрсетеді деп күтеді, коммерциялық дизайн 2030 жылдардың басында дайын болады. «Мұндай жаңалықтарды көргенде, таң қалмаймыз», - дейді ол. Бірақ LLNL әдісін жұмыс істейтін синтез зауытына экстраполяциялау мүмкін емес, бұл General Fusion (Джефф Безос, Shopify ұсынған 300 миллион долларға қолдау көрсетеді)SHOP
Бас директор Тобиас Лутке және Темасек және басқалары) басынан бастап жасауға кірісті. «Біздің барлық жұмысымыз коммерциялық электр станциясына бағытталған», - дейді ол. «Егер ол ғылыми экспериментте жұмыс істесе, бірақ коммерциялық емес болса, бізді бұл қызықтырмайды».

LLNL жаңалықтары Сиэтлде орналасқан фьюжн стартапының бас директоры Дэвид Киртлидің осындай жауабын тудырды. Гелион, Питер Тиэль, Сэм Альтман, Дастин Московиц, Рейд Хоффман және Джефф Сколл технологиялық магнаттардың 600 миллион долларымен қолдау көрсетті. «Олардың өз машиналары үшін ғылыми жетістіктерге жеткеніне біз қуаныштымыз», - дейді Киртли. Бірақ ол «электр энергиясын өндіруге арналмаған зерттеу құрылғысынан» қауіп төндірмейді. Керісінше, Helion компаниясының 60 футтық термоядролық аппаратының жұмысы екі ұшына плазмалық шарларды инъекциялауды қамтиды, оларды қарқынды магнит өрістерімен басқарылатын 100 миллион градустық реакцияда біріктіреді. Гелионның жаңа жүйесінде синтез реакцияларында бөлінетін энергия үздіксіз оның магниттік оқшаулау өрісіне қарсы итеріп отырады, бұл кері итермелейді - «поршень сияқты» тербелістерді тудырады, дейді Киртли, Гелион реактордан тікелей түсіретін электр тогын тудырады. (Толығырақ, оқыңыз Фарадей индукция заңы.)

Helion өзінің 7-ші прототипін жасап, 8-ші прототипін жасауда, Киртли бұл бірінші коммерциялық синтез генераторы болады деп үміттенеді — егер бәрі дұрыс болса, осы онжылдықтың соңына дейін электр желісіне қосылуы мүмкін. Оның айтуынша, федералды ядролық реттеушілер өз машиналарын бөлшектерді үдеткіштер мен ауруханаларда қолданылатын бейнелеу машиналары сияқты ережелерге бағындыратын сияқты.

Фьюжнге деген ең қалыптасқан тәсілді ұстанатын басқа да көптеген компаниялар бар токамак Қуатты магнит өрістерімен басқарылатын қуыс пончик тәрізді реактор камерасына плазма шарлары айдалатын тұжырымдама. Commonwealth Fusion, MIT спин-оффы токамакты ультра жоғары температуралы асқын өткізгіш материалдарды пайдалана отырып жетілдіруге тырысады, оны бас директор Боб Мумгаард онжылдықтың соңына қарай жұмыс істейтін синтез құрылғысына ие болады деп санайды. Сан-Диегода орналасқан General Atomics (ең танымал Predator дронды ойлап тапқаны үшін), ондаған жылдар бойы Энергетика министрлігіне арналған токамакты басқарып келеді және жаңа машинаны жобалап жатыр. GA сонымен қатар әлемдегі ең үлкен синтез жобасы үшін орталық соленоид деп аталатын әлемдегі ең қуатты магнитті жасады. $30 миллиард ITER Францияда салынып жатыр. Егер басқа термоядролық стартаптар өз жолы болса, ITER келесі онжылдықта аяқталмай тұрып ескіреді. Өз ставкаларын тарата отырып, GA (миллиардер Неал Блюге тиесілі) LLNR және Focused Energy сияқты лазер негізіндегі термоядролық машиналарға арналған отын таблеткаларын өндіру үшін Саванна өзенінің ұлттық зертханасымен серіктестік орнатқан.

Сіз синтез саласында кіммен сөйлессеңіз де, олардың бұрыннан қалыптасқан ядролық ыдырау реакторларына қатысты сындары бірдей. Бөліну реакциялары (байытылған уранның үлкен атомдары ыдырайтын) радиоактивті қалдықтарды, соның ішінде плутонийді және қарулануға болатын қауіпті актинидтерді береді. Бастау қиын және тоқтату оңай синтезден айырмашылығы, бөліну реакцияларын бастау оңай және тоқтату қиын, бұл апатты еріту қаупін тудырады. сияқты жаңа дизайн Westinghouse AP1000 АҚШ пен Қытайда салынып жатқан бөліну реакторы пассивті қауіпсіздік шараларына ие және іс жүзінде ыдырауға қарсы.

***

Кейбір атомдық кәсіпкерлер бөліну жеткілікті деп санайды. Брет Кугелмас, негізін қалаушы және бас директоры Соңғы энергия, бес жыл бұрын әлемдегі ең тиімді және үнемді ядролық реакторды жасау үшін жолға шықты. Қазір 36 жастағы Кугелмас өз көзқарасын шешпес бұрын, атом саласының жүздеген сарапшыларынан сұхбат алды (және келіссөздерді оның Ядролық подкасттың титандары) саланың ұжымдық даналығын жинау. Ол синтездің ұзақ мерзімді болашағына сенсе де, Кугелмас қазба отындарынан бас тартудың әлемдегі ең жақсы ставкасы модульдік ыдырау реакторларын ең қарапайым, ең арзан және қауіпсіз жолмен салу екенін анықтады. Хьюстон маңындағы зауытында Last Energy қазірдің өзінде ондаған жылдар бойы жетілдірілген және одан да көп салаларда қолданылатын технологиясы бар ядролық жеткізу тізбегі арқылы алынатын дайын құрамдастарды пайдаланатын алғашқы шағын, модульдік қысымды су реакторларын шығаруда. дүние жүзінде 300-ден астам реактор.

Қазірдің өзінде Last Energy 10 мегаватттың 20 блогын Польшадағы тұтынушыға, тағы екеуін Румынияға және бір уыс Ұлыбританияға сатты. Кугелмас оның зияткерлік меншігі дәлелденген құрамдас бөліктерде емес, олардың барлығын біріктіру жолында екенін айтады. Ол осы уақытқа дейін 24 миллион доллар жинады Гигафонд, және Польшадағы алғашқы реакторлар 2025 жылы іске қосылады деп күтеді. Машиналарды қаржыландыру үшін Last Energy тұтынушыларға ондаған жылдар бойы нөлдік көміртекті ядролық энергияны нарықтық бағадан төмен бағамен қамтамасыз ететін ұзақ мерзімді электр қуатын сатып алу туралы келісімдер жасайды. Кугелмасс: «Біз ешкім іздемейтін қалаулы тауашаны таба алдық», - дейді. «Біз бүкіл операцияны «қара жәшікке» салдық.

Fusion уәдесі қаншалықты тартымды болса да, егер Кугелмас қалыптасқан, сенімді бөлінудің бәсекеге қабілетті шындығына ие болса, әлі де өзінің жаңа немере ағасын қаһарман технологиялық флоптардың қоқыс жәшігіне түсіре алады - Betamax, Google Glass және New Coke есте сақтаңыз ба?

КӨБІРЕК ФОРБАЛАРДАНМиллиардер доллардың арқасында ядролық синтез жаңа дәуірге қадам бастыBy Кристофер ХельманКӨБІРЕК ФОРБАЛАРДАНЖаңа ядролық: 600 миллион долларлық Fusion Energy Unicorn Күнді қалай жеңуді жоспарлайдыBy Кристофер ХельманКӨБІРЕК ФОРБАЛАРДАНИранның Сүлейманиді өлтірген америкалық жыртқыш ұшқышсыз ұшқышсыз ұшқышсыз миллиардерлер.By Дениз Чам