Historiallinen ensin: National Ignition Facilityn sisällä, jossa viime viikolla 192 lasersädettä räjäyttivät vetypolttoainepellettiä, joka lähetti enemmän energiaa kuin se otti sisäänsä.
Lawrence Livermore National Laboratory
Nydinfuusio on pitkään ollut todella puhtaan energian pyhä malja. Vetyatomien hajoaminen yhteen lupaa rajatonta sähköä ilman hiilidioksidipäästöjä, minimaalisesti radioaktiivista jätettä ja nolla mahdollisuutta katastrofaaliseen sulamiseen. Mutta puolen vuosisadan ajan fuusiotieteilijöitä on rajoittanut laserien teho ja magneettikenttiensä voimakkuus – he eivät koskaan ennen keksineet, kuinka lypsäisivät enemmän energiaa atomimurskaamisestaan kuin mihin he laittoivat. Tähän asti.
Nykyään tutkijat klo Kansallinen sytytyslaitos klo Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) Kaliforniassa paljastaa, että joulukuun alussa he ovat onnistuneet saavuttamaan ensimmäistä kertaa suuremman energianlisäyksen kuin 1 - eli enemmän energiaa vapautui deuterium-tritiumpolttoainekapselin sisällä tapahtuvista reaktioista (2,000 XNUMX megajoulea). kuin se sisältyi 192 laseria jolla he räjäyttivät sen.
Se on iso juttu, juhlimisen arvoinen, mutta jokseenkin ennalta arvattu, sanoo plasmafyysikko Debra Callahan, joka jätti äskettäin LLNL-fuusiotiimin ja ryhtyi käynnistyksen tieteelliseksi johtajaksi. Keskittynyt energia, joka työskentelee jo lähestymistavan kaupallistamiseksi.
Callahan tiesi, että LLNL saavuttaisi nettoenergian lisäyksen sen jälkeen, kun se saavutti viime vuonna 72 % lasersyötöstään. "Se ei ole minulle yllätys. Kun otetaan huomioon näkemiemme tulosten polku, sen piti tapahtua", hän sanoo. He tarvitsivat vain hieman enemmän lasertehoa. Joten miten se toimii? Kuvittele pieni ontto kullasta valmistettu sylinteri, joka sopii kämmenelle. Sitä kutsutaan hohlraum. Hohlraumin sisällä on pieni polttoainekapseli, jonka sisällä on deuterium- ja tritiumatomeja.
He käyttävät kultaa, koska se pitää sisällään röntgensäteet, jotka syntyvät, kun he räjäyttävät hohlraumin jommankumman pään 173:lla maailman tehokkaimmalla laserilla. Callahan sanoo: "Se on kuin röntgenuuni", joka puristaa polttoainetta niin paljon, että se räjähtää ja sytyttää atomien fuusion kapselin keskellä. Fuusio etenee sitten aallon muodossa keskustasta ja säteilee valtavaa lämpöä. Kaikki tämä tapahtuu sekunnin miljardisosassa.
Fuusion inertiarajoitusmenetelmässä lasersäteet räjäyttävät vetyisotooppeja sisältävää pellettiä, mikä sytyttää fuusioreaktion.
Keskittynyt energia
Miksi Callahan jätti LLNL:n, kun he olivat menestyksen partaalla? Koska, hän sanoo, National Ignition Facility ei ole fuusiokone. Hohlraum on loistava sytytyksen osoittamiseen, mutta se ei välttämättä ole tarpeeksi tehokas jatkuvan pulssifuusion suunnitteluun, koska niin paljon laserjäännösenergiaa menetetään lämmitettäessä kultaa vetypolttoaineen sijaan. Joten Focused Energyssä (tukena Prime Movers Lab ja Uudet yrityskumppanit) heidän suunnitelmansa on hylätä hohlraum ja käyttää sen sijaan "suorakäyttöä" - räjäyttää laserit suoraan polttoainekapseliin (katso kaavio).
He eivät ole vielä osoittaneet, että se toimii, mutta Callahan luottaa siihen, että heidän pilottiprojektinsa saavuttaa muutaman vuoden kuluttua 10-kertaisen energiahyödyn. Sitä seuraa toinen laitos, joka saavuttaa 30-kertaisen tehon, ja sen jälkeen 2030-luvun lopulla heidän ensimmäinen kaupallinen generaattorinsa, joka toivottavasti saavuttaisi 100-kertaisen energianlisäyksen ja räjäyttäisi 10 polttoainekapselia sekunnissa.
Mutta siinä oli erityinen haaste. Kymmenen sekunnissa heidän koneensa käyttäisi lähes 10 900,000 kapselia päivässä. Tämä ei ole kuin hiilen lapioimista uuniin; jokainen kapseli on valmistettava tiukkojen standardien mukaisesti ja ammuttava koneeseen täydellisellä ajoituksella.
***
Onko se realistista? Jotkut fuusiokilpailijat eivät ajattele niin. General Fusion on Kanadassa Vancouverissa toimiva fuusioyhtiö, joka julkisti eilen oman virstanpylvään. Sen lähestymistapaa kutsutaan magnetoiduksi kohteen fuusioksi, ja se sisältää koneen, jossa he ruiskuttavat vetyplasmapallon koneeseen ja käyttävät voimakkaita magneetteja pitämään sitä puristaen mekaanisilla männillä lasereiden sijaan. Toimitusjohtaja Greg Twinney odottaa Iso-Britanniaan rakennettavan General Fusionin pilottilaitoksen esittelevän fuusiota vuonna 2027 ja kaupallisen suunnittelun valmistuvan 2030-luvun alussa. "Kun näemme tällaisia uutisia, emme ole yllättyneitä", hän sanoo. Mutta LLNL:n lähestymistapaa ei voida ekstrapoloida toimivaksi fuusiolaitokseksi, jota General Fusion (joka tukee 300 miljoonaa dollaria Jeff Bezosilta, Shopify)
Prototyyppikonetta kehittää Vancouverissa toimiva General Fusion.
Yleinen fuusio
LLNL-uutiset saivat samanlaisen vastauksen Seattlessa toimivan fuusiokäynnistyksen toimitusjohtajalta David Kirtleyltä helion600 miljoonan dollarin tukemana tekniikan tycoonit Peter Thiel, Sam Altman, Dustin Moskovitz, Reid Hoffman ja Jeff Skoll. "Olemme innoissamme, että he saavuttavat tieteen virstanpylväänsä koneessaan", Kirtley sanoo. Hän ei kuitenkaan koe olevansa uhattuna "tutkimuslaitteesta, jota ei ole suunniteltu tuottamaan sähköä". Sitä vastoin Helionin 60 jalkaa pitkän fuusiokoneen toimintaan kuuluu plasmapallojen ruiskuttaminen molempiin päihin, jolloin ne murskataan yhteen 100 miljoonan asteen reaktiolla, jota ohjaavat voimakkaat magneettikentät. Helionin uudessa järjestelmässä fuusioreaktioissa vapautuva energia työntyy jatkuvasti ulos sen magneettista suojakenttää vasten, mikä työntää takaisin - aiheuttaen värähtelyjä "kuin mäntä", sanoo Kirtley, jotka synnyttävät sähkövirran, jonka Helion kaappaa suoraan reaktorista. (Lue lisää Faradayn induktiolaki.)
Helion rakentaa seitsemättä prototyyppiään ja suunnittelee kahdeksatta prototyyppiään, jonka Kirtley toivoo olevan ensimmäinen kaupallinen fuusiogeneraattori – mahdollisesti liitettynä sähköverkkoon tämän vuosikymmenen loppuun mennessä, jos kaikki menee hyvin. Hän sanoo, että liittovaltion ydinalan sääntelyviranomaiset näyttävät alistavan koneisiinsa samoja sääntöjä kuin hiukkaskiihdyttimet ja sairaaloissa käytetyt kuvantamislaitteet.
Ja monet muut yritykset noudattavat vakiintuneinta lähestymistapaa fuusioon Tokamakin konsepti, jossa plasmapalloja ruiskutetaan onton donitsin muotoiseen reaktorikammioon, jota ohjaavat voimakkaat magneettikentät. Commonwealth FusionMIT-spinoff pyrkii viimeistelemään tokamakin käyttämällä erittäin korkean lämpötilan suprajohtavia materiaaleja, joiden toimitusjohtaja Bob Mumgaard uskoo, että heillä on toimiva fuusiolaite vuosikymmenen loppuun mennessä. Sama koskee San Diegossa sijaitsevaa General Atomicsia (tunnetuin Predator-droonin keksimisestä), joka on toiminut vuosikymmeniä Energialaitoksen tokamakia ja suunnittelee uutta konetta. GA rakensi myös luultavasti maailman tehokkaimman magneetin, jota kutsutaan keskussolenoidiksi, maailman suurinta fuusioprojektia varten. 30 miljardia dollaria ITER rakenteilla Ranskassa. Jos muut fuusiokäynnistysyritykset pääsevät tiensä, ITER on vanhentunut ennen kuin se on valmis joskus ensi vuosikymmenellä. Levittää panoksiaan, GA (omistaja miljardööri Neal Blue) tekee kumppanuuden Savannah River National Labin kanssa tuottaakseen polttoainepellettejä laserpohjaisiin fuusiokoneisiin, kuten LLNR ja Focused Energy.
Tokamak-lähestymistapa magentiseen fuusioon sisältää onton donitsin muotoisen reaktorin, jota ympäröivät voimakkaat magneetit.
Keskittynyt energia
Kenen kanssa puhut fuusioalalla, heidän kritiikkinsä pitkään vakiintuneista ydinfissioreaktoreista on sama. Fissioreaktiot (joissa suuret rikastetun uraanin atomit hajoavat) tuottavat radioaktiivista jätettä, mukaan lukien plutoniumia ja vaarallisia aktinideja, jotka voidaan aseistaa. Toisin kuin fuusio, joka on vaikea aloittaa ja pysäyttää, fissioreaktiot on helppo aloittaa ja vaikea pysäyttää, mikä aiheuttaa katastrofaalisen sulamisen riskin. Uudemmat mallit, kuten Westinghouse AP1000 Sekä Yhdysvalloissa että Kiinassa rakenteilla oleva fissioreaktori sisältää passiivisia turvatoimia ja on käytännössä sulamiskestävä.
***
Jotkut atomiyrittäjät ajattelevat, että fissio riittää. Bret Kugelmass, perustaja ja toimitusjohtaja Viimeinen energia, päätti viisi vuotta sitten suunnitella maailman tehokkaimman ja taloudellisimman ydinreaktorin. Ennen kuin päätyi lähestymistapaansa, Kugelmass, nyt 36, haastatteli satoja ydinalan asiantuntijoita (ja esitti keskustelut hänen Titans of Nuclearin podcast) poimimaan alan kollektiivista viisautta. Vaikka Kugelmass uskoo fuusion pitkän aikavälin tulevaisuuteen, hän päätti, että maailman paras vaihtoehto siirtyä pois fossiilisista polttoaineista on modulaaristen fissioreaktorien rakentaminen yksinkertaisimmalla, halvimmalla ja turvallisimmalla mahdollisella tavalla. Last Energy valmistaa Houstonin lähellä sijaitsevalla tehtaallaan nyt ensimmäisiä pieniä, modulaarisia painevesireaktoreita, joissa hyödynnetään valmiita komponentteja, jotka hankitaan olemassa olevien ydinvoiman toimitusketjujen kautta vuosikymmenten aikana kehitetyllä teknologialla, jota käytetään yli 300 reaktoria maailmanlaajuisesti.
Last Energy on jo myynyt 10 megawatin yksiköistään 20 puolalaiselle asiakkaalle, kaksi lisää Romanialle ja kourallinen Britannialle. Kugelmass sanoo, että hänen immateriaaliomaisuutensa ei ole todistetuissa komponenteissa, vaan siinä, kuinka ne kaikki yhdistetään. Hän on tähän mennessä kerännyt 24 miljoonaa dollaria johdolla Gigafund, ja ensimmäisten reaktorien odotetaan käynnistyvän Puolassa vuonna 2025. Koneiden rahoittamiseksi Last Energy tekee pitkäaikaisia sähkönostosopimuksia, jotka lupaavat asiakkaille vuosikymmeniä hiilidioksidipäästötöntä ydinvoimaa alemmalla markkinahinnalla. "Pystyimme luomaan halutun markkinaraon, jota kukaan ei tavoitellut", Kugelmass sanoo. "Musta boxi koko operaation."
Niin houkutteleva kuin fuusiolupaus onkin, jos Kugelmass on omalla tiellään, vakiintuneen, luotettavan fission kilpailutodellisuudet voisivat silti siirtää uuden serkkunsa sankarillisten teknisten floppien roskakoriin – muistatko Betamaxin, Google Glassin ja New Coken?
Lähde: https://www.forbes.com/sites/christopherhelman/2022/12/13/national-lab-unlocks-nuclear-fusion—true-breakthrough-novelty-act-or-both/