Nacionalinė laboratorija atrakina branduolinę sintezę – tikras proveržis, naujovės įstatymas ar abu?

Nbranduolių sintezė jau seniai buvo tikrai švarios energijos Šventasis Gralis. Vandenilio atomų suskaidymas žada neribotą elektros energijos kiekį, be anglies emisijos, minimalų radioaktyviųjų atliekų kiekį ir nulinę katastrofiško skilimo tikimybę. Tačiau jau pusę amžiaus branduolių sintezės mokslininkus ribojo jų lazerių galia ir magnetinių laukų stiprumas – niekada anksčiau nebuvo sugalvoję, kaip iš jų atomo sudaužyti daugiau energijos, nei įdėjo. Iki šiol.

Šiandien mokslininkai Nacionalinė uždegimo įstaiga ne Lawrence Livermore nacionalinė laboratorija (LLNL) Kalifornijoje atskleis, kad gruodžio pradžioje jiems pirmą kartą pavyko pasiekti didesnį nei 1 energijos padidėjimą, ty daugiau energijos išsiskyrė vykstant deuterio-tričio kuro kapsulėje (2,000 megadžaulių) nei buvo nurodyta 192 lazeriai kad jie susprogdino jį.

Tai didelis dalykas, kurį verta švęsti, bet šiek tiek iš anksto padaryta išvada, sako Debra Callahan, plazmos fizikė, neseniai palikusi LLNL sintezės komandą ir tapusi paleidimo mokslo direktore. Sutelkta energija, kuri jau stengiasi komercializuoti šį metodą.

Callahan žinojo, kad LLNL pasieks grynąjį energijos padidėjimą po to, kai praėjusiais metais pasieks 72% lazerio įvestos energijos. „Man tai nėra staigmena. Atsižvelgiant į rezultatų, kuriuos matėme, tai turėjo įvykti“, – sako ji. Jiems tiesiog reikėjo šiek tiek daugiau lazerio galios. Taigi kaip tai veikia? Įsivaizduokite mažą tuščiavidurį cilindrą iš aukso, kuris telpa jūsų delne. Tai vadinama hohlraum. Hohlraum viduje yra mažytė kuro kapsulė, kurios viduje yra deuterio ir tričio atomai.

Jie naudoja auksą, nes jis sulaiko rentgeno spindulius, kurie susidaro, kai jie sprogdina bet kurį hohlraumo galą 173 galingiausiais pasaulyje lazeriais. Callahanas sako: „Tai kaip rentgeno krosnis“, kuri suspaudžia degalus tiek, kad sprogsta ir užsidega atomų sintezė kapsulės centre. Tada sintezė sklinda banga iš centro, išskirdama nepaprastą šilumą. Visa tai įvyksta per milijardinę sekundės dalį.

Kodėl Callahan paliko LLNL, kai jie buvo ant sėkmės slenksčio? Nes, anot jos, Nacionalinė uždegimo priemonė nėra sintezės mašina. Hohlraum puikiai tinka uždegimui demonstruoti, tačiau jis nebūtinai yra pakankamai efektyvus nuolatiniam impulsiniam sintezei, nes tiek daug likutinės lazerio energijos prarandama kaitinant auksą, o ne vandenilio kurą. Taigi „Focused Energy“ (palaikoma Prime Movers Lab ir Nauji įmonių partneriai) jų planas yra išmesti „hohlraum“ ir vietoj to naudoti „tiesioginės pavaros“ metodą – sprogdinti lazerius tiesiai ant kuro kapsulės (žr. schemą).

Jie dar neįrodė, kad tai veikia, bet Callahanas įsitikinęs, kad po poros metų jų bandomasis projektas pasieks 10 kartų daugiau energijos. Po to bus pastatyta antroji jėgainė, kuri pasieks 30 kartų didesnį pelną, o po to 2030-ųjų pabaigoje bus pirmasis komercinis jų generatorius, kuris, tikimasi, pasieks 100 kartų didesnį energijos kiekį ir kas sekundę susprogdins 10 kuro kapsulių.

Tačiau čia buvo ypatingas iššūkis. 10 per sekundę greičiu jų aparatas sunaudotų beveik 900,000 XNUMX kapsulių per dieną. Tai ne kaip kastuvu kastuvu anglis į krosnį; kiekviena kapsulė turi būti pagaminta pagal griežtus standartus ir įsmeigta į mašiną tobulu laiku.

***

Ar tai realu? Kai kurie sintezės konkurentai taip nemano. „General Fusion“ yra Vankuveryje, Kanadoje įsikūrusi sintezės įmonė, kuri vakar paskelbė apie savo etapą. Jo metodas vadinamas įmagnetintu taikinio suliejimu ir apima mašiną, kurioje į mašiną įpurškiamas vandenilio plazmos rutulys ir naudojami galingi magnetai, kad jį suspaustų mechaniniais stūmokliais, o ne lazeriais. Generalinis direktorius Gregas Twinney tikisi, kad JK statoma bandomoji gamykla „General Fusion“ 2027 m. demonstruos sintezę, o komercinis dizainas bus parengtas 2030-ųjų pradžioje. „Kai matome tokias naujienas, nesistebime“, – sako jis. Tačiau LLNL požiūrio negalima ekstrapoliuoti į veikiančią branduolių sintezės gamyklą, kurią „General Fusion“ remia 300 mln. USD iš Jeff Bezos, Shopify.PARDUOTUVĖ
Generalinis direktorius Tobias Lutke ir Temasek, be kita ko, užsibrėžė tai daryti nuo pat pradžių. „Viskas, ką darome, yra orientuota į komercinę elektrinę“, – sako jis. „Jei jis veikia moksliniame eksperimente, bet nėra komercinis, mes tuo nesidomime.

LLNL naujienos sukėlė panašų atsakymą iš Sietlo sintezės startuolio generalinio direktoriaus Davido Kirtley Helionas600 milijonų dolerių remia technologijų magnatai Peteris Thielis, Samas Altmanas, Dustinas Moskovitzas, Reidas Hoffmanas ir Jeffas Skollas. „Džiaugiamės, kad jie pasiekė savo mašinos mokslo etapus“, – sako Kirtley. Tačiau jis nejaučia grėsmės dėl „tyrimo prietaiso, kuris nėra skirtas elektros gamybai“. Priešingai, Helion 60 pėdų ilgio sintezės aparatas apima plazmos rutuliukų įpurškimą į kiekvieną galą, sudaužant juos į 100 milijonų laipsnių reakciją, kontroliuojamą intensyvių magnetinių laukų. Naujoje Helion sistemoje sintezės reakcijų metu išsiskirianti energija nuolat stumiasi į jo magnetinį sulaikymo lauką, kuris stumia atgal – sukeldamas svyravimus „kaip stūmoklis“, sako Kirtley, generuojančią elektros srovę, kurią Helion fiksuoja tiesiai iš reaktoriaus. (Daugiau skaitykite toliau Faradėjaus indukcijos dėsnis.)

„Helion“ kuria savo 7-ąjį prototipą ir kuria 8-ąjį. Kirtley tikisi, kad tai bus pirmasis komercinis branduolių sintezės generatorius – galbūt iki šio dešimtmečio pabaigos prijungtas prie elektros tinklo, jei viskas bus gerai. Jis sako, kad federalinės branduolinės energetikos reguliavimo institucijos savo mašinoms taikys tas pačias taisykles, kaip ir dalelių greitintuvams bei ligoninėse naudojamoms vaizdo gavimo aparatams.

Be to, yra daugybė kitų kompanijų, kurios laikosi labiausiai nusistovėjusio požiūrio į sintezę tokamakas koncepcija, kai plazmos rutuliukai įpurškiami į tuščiavidurės spurgos formos reaktoriaus kamerą, valdomą galingų magnetinių laukų. Sandraugos sintezėMIT spinoffas, siekia patobulinti tokamaką, naudodamas itin aukštos temperatūros superlaidžias medžiagas, kurios, generalinio direktoriaus Bobo Mumgaardo nuomone, iki dešimtmečio pabaigos leis jiems turėti veikiantį sintezės įrenginį. Tas pats pasakytina apie San Diege įsikūrusią „General Atomics“ (geriausiai žinomą už tai, kad išrado droną Predator), kuri dešimtmečius eksploatuoja Energetikos departamento tokamaką ir kuria naują mašiną. GA taip pat pastatė bene galingiausią pasaulyje magnetą, vadinamą centriniu solenoidu, didžiausiam pasaulyje sintezės projektui. 30 milijardų dolerių ITER statomas Prancūzijoje. Jei kiti branduolių sintezės projektai turės savo kelią, ITER bus pasenęs net nepasibaigus kitam dešimtmečiui. Platindama savo lažybas, GA (priklauso milijardieriui Nealui Blue) bendradarbiauja su Savannah River National Lab, kad gamintų kuro granules lazerinėms sintezės mašinoms, tokioms kaip LLNR ir Focused Energy.

Kad ir su kuo kalbėtumėtės sintezės srityje, jų kritika dėl seniai veikiančių branduolio dalijimosi reaktorių yra tokia pati. Dalijimosi reakcijų metu (kurių metu suskaidomi dideli sodrinto urano atomai) susidaro radioaktyviosios atliekos, įskaitant plutonį ir pavojingus aktinidus, kurie gali būti ginkluoti. Skirtingai nuo sintezės, kurią sunku pradėti ir lengvai sustabdyti, dalijimosi reakcijas lengva pradėti ir sunku sustabdyti, todėl kyla katastrofiškų skilimų pavojus. Naujesnio dizaino, pvz Westinghouse AP1000 JAV ir Kinijoje statomas dalijimosi reaktorius turi pasyvias saugos priemones ir yra beveik atsparus skilimui.

***

Kai kurie atominės energijos verslininkai mano, kad dalijimosi pakanka. Bret Kugelmass, įkūrėjas ir generalinis direktorius Paskutinė energija, prieš penkerius metus siekė sukurti efektyviausią ir ekonomiškiausią pasaulyje branduolinį reaktorių. Prieš apsispręsdamas dėl savo požiūrio, Kugelmasas, kuriam dabar 36 metai, apklausė šimtus branduolinės pramonės ekspertų (ir aptarė savo „Titans of Nuclear“ podcast'as) semtis pramonės kolektyvinės išminties. Nors ir tiki ilgalaike branduolių sintezės ateitimi, Kugelmassas nusprendė, kad geriausias pasaulyje būdas atsisakyti iškastinio kuro yra statyti modulinius dalijimosi reaktorius pačiu paprasčiausiu, pigiausiu ir saugiausiu būdu. Savo gamykloje netoli Hiustono „Last Energy“ dabar gamina savo pirmuosius mažus modulinius suslėgto vandens reaktorius, kuriuose naudojami jau paruošti komponentai, gaunami per esamas branduolinės energijos tiekimo grandines, naudojant technologiją, kuri buvo tobulinama per dešimtmečius ir naudojama daugiau daugiau nei 300 reaktorių visame pasaulyje.

„Last Energy“ jau pardavė 10 iš savo 20 megavatų galios agregatų klientui Lenkijoje, dar du – Rumunijai ir saujelę – Britanijai. Kugelmassas sako, kad jo intelektinė nuosavybė yra ne patikrintuose komponentuose, o tame, kaip juos visus sujungti. Iki šiol jis surinko 24 mln Gigafundas, ir tikisi, kad pirmieji reaktoriai Lenkijoje pradės veikti 2025 m. Siekdama finansuoti mašinas, „Last Energy“ sudaro ilgalaikes elektros pirkimo sutartis, žadančias klientams dešimtmečius gaminti anglies dioksido neišskiriančią branduolinę energiją žemesnėmis nei rinkos kainomis. „Mes sugebėjome iškirpti pageidaujamą nišą, kurios niekas nesiekė“, - sako Kugelmass. „Visą operaciją sudarėme juodąja dėže“.

Kad ir kaip viliojantis būtų sintezės pažadas, jei Kugelmassas turi savo kelią, konkurencinė nusistovėjusio, patikimo dalijimosi realybė vis tiek galėtų nustumti savo naująjį pusbrolį į herojiškų technologijų šnipščių šiukšlių dėžę – pamenate Betamax, Google Glass ir New Coke?

DAUGIAU NUO FORBŲMilijardierių dolerių kurstoma branduolinė sintezė įžengia į naują amžiųBy Christopheris HelmanasDAUGIAU NUO FORBŲNaujoji branduolinė energija: kaip 600 milijonų dolerių vertės sintezės energijos vienaragis planuoja įveikti saulės energijąBy Christopheris HelmanasDAUGIAU NUO FORBŲRamūs milijardieriai už Amerikos drono plėšrūno, kuris nužudė Irano SoleimaniBy Denizas Šamas