Улуттук лаборатория өзөктүк синтездин кулпусун ачат - чыныгы ачылыш, жаңылык актысы же экөө теңби?

Nядролук синтез көптөн бери чыныгы таза энергиянын Ыйык Граалы болуп келген. Суутек атомдорунун талкалануусу нөлдүк көмүртек чыгаруулары, минималдуу радиоактивдүү калдыктар жана катастрофалык эрүү ыктымалдыгы менен чексиз электр энергиясын убада кылат. Бирок жарым кылымдан бери синтез илимпоздору лазерлеринин күчү жана магниттик талааларынын күчү менен чектелип келишкен — мурда эч качан атомдун талкаланышынан алар салгандан көбүрөөк энергияны кантип сүткө чыгарууну ойлоп көрүшкөн эмес.

Бүгүнкү күндө окумуштуулар Улуттук от алуучу жай боюнча Lawrence Livermore Улуттук лаборатория Калифорниядагы (LLNL) декабрь айынын башында алар биринчи жолу 1ден ашык энергия көбөйүшүнө жетише алышканын, башкача айтканда, алардын дейтерий-тритий күйүүчү май капсуласында (2,000 мегаджоуль) реакциялардан көбүрөөк энергия бөлүнүп чыкканын аныктайт. камтылган караганда 192 лазер алар аны менен жардырышты.

Бул чоң иш, майрамдоого татыктуу, бирок кандайдыр бир алдын ала корутунду, дейт плазма физиги Дебра Каллахан, жакында эле LLNL синтез тобунан чыгып, стартапта илимий директор болуу үчүн Фокусталган энергия, бул ыкманы коммерциялаштыруу үчүн иштеп жатат.

Каллахан LLNL өткөн жылы лазердик энергиянын 72% энергия өндүрүүсүнө жеткенден кийин таза энергияга жетишээрин билген. «Бул мен үчүн күтүлбөгөн нерсе эмес. эске алуу менен биз көргөн натыйжалардын жолу, бул боло турган болду" дейт ал. Аларга бир аз көбүрөөк лазер күчү керек эле. Анда ал кантип иштейт? Алаканыңызга батып турган алтындан жасалган кичинекей көңдөй цилиндрди элестетиңиз. Бул деп аталат hohlraum. Хольраумдун ичинде кичинекей күйүүчү май капсуласы бар, анын ичинде дейтерий жана тритий атомдору бар.

Алар алтынды колдонушат, анткени ал дүйнөнүн эң күчтүү 173 лазери менен хохлраумдун эки четин жардырганда пайда болгон рентген нурларын кармап турат. Каллахан мындай дейт: «Бул рентген мешине окшош», ал күйүүчү майды ушунчалык кысып, капсуланын борборундагы атомдордун биригүүсүн тутандырып, жарылып кетет. Андан кийин синтез борбордон толкун түрүндө таралып, укмуштуудай жылуулукту чыгарат. Мунун баары секунданын миллиарддан биринде болот.

Эмне үчүн Каллахан ийгиликтин чегинде турганда LLNLди таштап кетти? Анткени, анын айтымында, Улуттук от алдыруу мекемеси терүү машина эмес. Hohlraum тутанууну көрсөтүү үчүн сонун, бирок ал сөзсүз түрдө инженердик үзгүлтүксүз импульстук синтез үчүн жетиштүү эффективдүү эмес, анткени суутек күйүүчү майын эмес, алтынды ысытууда лазердик көп калдык энергия жоголот. Ошентип, Focused Energy (колдоосунда Prime Movers лабораториясы жана Жаңы Enterprise Associates) алардын планы hohlraum таштоо жана анын ордуна "түздөн-түз диск" ыкмасын колдонуу - лазерди түздөн-түз күйүүчү май капсуласына жардыруу (схеманы караңыз).

Алар али иштээрин далилдей элек, бирок Каллахан бир нече жылдан кийин алардын пилоттук долбоору 10 эсе энергияга ээ болот деп ишенет. Андан кийин 30 эсеге жеткен экинчи завод, андан кийин 2030-жылдардын аягында алардын биринчи коммерциялык генератору болот, 100 эсе энергияга жетишип, секунд сайын 10 күйүүчү май капсуласын жардырат деп үмүттөнөбүз.

Бирок бул жерде өзгөчө кыйынчылык бар. Секундасына 10 ылдамдыкта алардын машинасы күнүнө 900,000 XNUMX капсуланы колдонот. Бул мешке көмүрдү күрөк менен салууга окшош эмес; ар бир капсула талап кылынган стандарттарга ылайык даярдалышы жана кемчиликсиз убакыт менен машинага атуу керек.

***

Бул реалдуубу? Кээ бир фьюжн атаандаштары андай деп ойлобойт. General Fusion - бул Ванкувердеги, Канадада жайгашкан фьюжн компаниясы, ал кечээ өзүнүн маанилүү этапын жарыялады. Анын ыкмасы магниттелген максаттуу синтез деп аталат жана алар машинага суутек плазмасынын шарын сайып, лазер менен эмес, механикалык поршеньдер менен кысып жатканда кармап туруу үчүн күчтүү магниттерди колдонгон машинаны камтыйт. Башкы директор Грег Твинни Улуу Британияда General Fusion куруп жаткан пилоттук завод 2027-жылы фьюжнду көрсөтөт деп күтөт, коммерциялык дизайны 2030-жылдардын башында даяр болот. "Мындай жаңылыктарды көргөндө таң калбайбыз" дейт ал. Бирок LLNLнин ыкмасын иштеп жаткан синтездөө заводуна экстраполяциялоо мүмкүн эмес, бул General Fusion (Джефф Безос, Shopify тарабынан 300 миллион доллар тарабынан колдоого алынган)SHOP
CEO Тобиас Лутке жана Темасек, башкалардын арасында) башынан эле жасоого киришкен. "Биздин бардык ишибиз коммерциялык электр станциясына багытталган" дейт ал. "Эгер ал илимий экспериментте иштесе, бирок коммерциялык эмес болсо, биз буга кызыкпайбыз."

LLNL жаңылыктары Сиэтлде жайгашкан фьюжн стартапынын башкы директору Дэвид Киртлиден ушундай жоопту жаратты. Helion, технологиялык магнаттар Питер Тиль, Сэм Альтман, Дастин Московиц, Рейд Хоффман жана Джефф Сколлдун 600 миллион доллары тарабынан колдоого алынган. "Биз алардын машинасы үчүн илимий этаптарын басып өткөнүнө кубанычтабыз" дейт Киртли. Бирок ал «электр энергиясын өндүрүү үчүн иштелип чыкпаган изилдөөчү аппараттан» коркунуч жаратпайт. Тескерисинче, Helion компаниясынын 60 фут узундуктагы синтездик машинасынын иштеши эки учуна плазма шарларын сайып, интенсивдүү магниттик талаалар тарабынан башкарылуучу 100 миллион градус реакциясында аларды талкалайт. Гелиондун жаңы системасында синтез реакцияларында бөлүнүп чыккан энергия тынымсыз анын магниттик камтуу талаасына каршы түртүп чыгат, ал артка түртөт – «поршень сыяктуу» термелүүлөргө алып келет, дейт Кертли, Гелион реактордон түздөн-түз тартып алган электр тогун жаратат. (Көбүрөөк маалымат алуу үчүн, андан ары окуңуз Фарадейдин индукция мыйзамы.)

Helion өзүнүн 7-прототибин куруп жатат жана анын 8-прототибин иштеп чыгууда, Киртли бул биринчи коммерциялык синтез генератору болот деп үмүттөнөт — эгер баары туура болсо, ушул он жылдыктын аягында электр тармагына туталышы мүмкүн. Анын айтымында, федералдык өзөктүк жөнгө салуучулар өз машиналарын бөлүкчөлөрдү тездеткичтер жана ооруканаларда колдонулган сүрөттөө машиналары сыяктуу эле эрежелерге баш ийдиришет.

Жана башка көптөгөн компаниялар биригүү үчүн эң белгиленген ыкманы карманышат tokamak концепция, анда плазманын шариктери күчтүү магнит талаасы менен башкарылган көңдөй пончик сыяктуу формадагы реактордун камерасына куюлат. Commonwealth Fusion, MIT спинофосу токамакты ультра жогорку температурадагы супер өткөргүч материалдарды колдонуу менен өркүндөтүүгө аракет кылууда, аны башкы директор Боб Мумгаард он жылдыктын аягына чейин иштөөчү синтез аппаратына ээ болууга мүмкүндүк берет деп ойлойт. Ошол эле Сан-Диегодо жайгашкан General Atomics (эң белгилүү Predator учкучсуз учагын ойлоп тапканы үчүн), Энергетика министрлиги үчүн ондогон жылдар бою токамак иштетип, жаңы машинаны иштеп чыгууда. GA ошондой эле дүйнөдөгү эң чоң синтез долбоору үчүн борбордук соленоид деп аталган дүйнөдөгү эң күчтүү магнитти курган. $30 миллиард ITER Францияда курулуп жатат. Эгерде башка фьюжн стартаптары өз жолуна ээ болсо, ITER кийинки он жылда бүтө электе эскирип калат. Коюмдарды жайылтуу менен, GA (миллиардер Неал Блуга таандык) LLNR жана Focused Energy сыяктуу лазердик синтездик машиналар үчүн күйүүчү май таблеткаларын өндүрүү үчүн Саванна Риверинин Улуттук лабораториясы менен өнөктөштүктө.

Термоядролук чөйрөдө ким менен сүйлөшпөсүн, алардын көптөн бери түзүлгөн ядролук бөлүнүү реакторлорун сындагандары бирдей. Бөлүнүү реакциялары (байытылган урандын чоң атомдору бөлүнөт) радиоактивдүү калдыктарды, анын ичинде плутонийди жана куралга айланган коркунучтуу актиниддерди пайда кылат. Баштоо кыйын жана токтотуу оңой болгон синтезден айырмаланып, бөлүнүү реакцияларын баштоо оңой жана токтотуу кыйын, бул катастрофалык эрүү коркунучун жаратат. сыяктуу жаңы дизайндар Westinghouse AP1000 АКШда жана Кытайда курулуп жаткан бөлүнүү реактору пассивдүү коопсуздук чараларын камтыйт жана иш жүзүндө кыйроого далил.

***

Кээ бир атомдук ишкерлер бөлүнүү жетиштүү деп ойлошот. Брет Кугелмас, негиздөөчүсү жана башкы директору Акыркы энергия, беш жыл мурда дүйнөдөгү эң эффективдүү жана үнөмдүү өзөктүк реакторду иштеп чыгуу үчүн жолго чыккан. Кугелмас, азыр 36 жашта, өзөктүк өнөр жайынын жүздөгөн эксперттеринен интервью алды (жана сүйлөшүүлөрдү анын үстүнө койду) Titans of Nuclear подкаст) ендуруштун коллективдуу акылмандыгын жыйноо. Ал синтездин узак мөөнөттүү келечегине ишенсе да, Кугелмасс казылып алынган күйүүчү майлардан алыс болуу үчүн дүйнөдөгү эң жакшы коюм модулдук бөлүнүү реакторлорун эң жөнөкөй, арзан жана коопсуз жол менен куруу экенин аныктады. Хьюстондун жанындагы өзүнүн фабрикасында Last Energy азыр алгачкы чакан, модулдук басымдагы суу реакторлорун жасап чыгарууда, алар ондогон жылдар бою өркүндөтүлгөн жана башка тармактарда колдонулган технология менен, учурдагы өзөктүк камсыздоо чынжырлары аркылуу алынган, даяр компоненттерди пайдаланышат. дүйнө жүзү боюнча 300 реакторлор.

Буга чейин Last Energy өзүнүн 10 мегаватттык 20 бирдигин Польшадагы кардарга, дагы экөө Румынияга жана бир ууч Британияга саткан. Кугелмастын айтымында, анын интеллектуалдык менчиги далилденген компоненттерде эмес, алардын баарын кантип бириктирүүдө. Ал буга чейин жетектеген 24 миллион доллар чогулткан Gigafund, жана Польшадагы биринчи реакторлор 2025-жылы иштей баштайт деп күтөт. Машиналарды каржылоо үчүн Last Energy узак мөөнөттүү электр энергиясын сатып алуу боюнча келишимдерди түзүп, кардарларына ондогон жылдар бою нөлдүк көмүртектүү өзөктүк энергияны рыноктук баада төмөн баада убадалайт. Кугелмасс: «Биз эч кимдин артынан түшпөгөн эң сонун уяны ача алдык», - дейт. "Биз бүт операцияны кара кутуга салдык."

Fusion убадасы канчалык жагымдуу болсо да, эгер Кугелмасс белгиленген, ишенимдүү бөлүнүү өзүнүн жаңы аталаш тууганын баатырдык технологиялык флоптордун таштандысына ташташы мүмкүн - Betamax, Google Glass жана New Coke эсиңиздеби?

Forbes КӨБҮРӨӨКМиллиардер долларлар менен азыктанган ядролук синтез жаңы доорго киретBy Кристофер ХелманForbes КӨБҮРӨӨКЖаңы өзөктүк: 600 миллион долларлык Fusion Energy Unicorn Күндү кантип жеңүүнү пландаштыруудаBy Кристофер ХелманForbes КӨБҮРӨӨКИрандын Сулейманини өлтүргөн Американын жырткыч учкучсуз учагынын артында тынч миллиардерлерBy Дениз Чам