A National Lab felszabadítja a nukleáris fúziót – igazi áttörés, újdonságtörvény vagy mindkettő?

NA nukleáris fúzió régóta a valóban tiszta energia Szent Grálja. A hidrogénatomok összetörése határtalan elektromosságot ígér nulla szén-dioxid-kibocsátással, minimális radioaktív hulladékkal és nulla esélye a katasztrofális olvadásnak. Ám a fúziós tudósokat fél évszázada korlátozta lézereik ereje és mágneses mezőik ereje – még soha nem sikerült kitalálniuk, hogyan lehet több energiát kifejteni az atomtörésből, mint amennyit bevittek.

Ma tudósok a Országos gyújtóüzem a Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium (LLNL) Kaliforniában felfedi, hogy december elején sikerült először 1-nél nagyobb energianyereséget elérniük – vagyis több energia szabadult ki a deutérium-trícium üzemanyag-kapszulájukban zajló reakciókból (2,000 megajoule) mint amennyit a 192 lézer hogy azzal robbantották fel.

Ez egy nagy dolog, érdemes megünnepelni, de némileg előre eldöntött dolog – mondja Debra Callahan, egy plazmafizikus, aki a közelmúltban távozott az LLNL fúziós csapatától, hogy az indulás tudományos igazgatója legyen. Fókuszált energia, amely már dolgozik a megközelítés kommercializálásán.

Callahan tudta, hogy az LLNL nettó energianyereséget fog elérni, miután tavaly elérte a lézerbemeneti energia 72%-át. „Ez nem meglepetés számomra. Tekintettel a az általunk látott eredmények útja, meg fog történni” – mondja. Csak valamivel több lézerteljesítményre volt szükségük. Szóval hogyan működik? Képzeljen el egy kis üreges hengert aranyból, amely elfér a tenyerében. Ezt hívják a hohlraum. A hohlraum belsejében egy apró üzemanyag-kapszula található, amelyben deutérium és trícium atomok vannak.

Aranyat használnak, mert az megtartja a röntgensugárzást, amely akkor keletkezik, amikor a hohlraum mindkét végét a világ 173 legerősebb lézerével kifújják. Callahan azt mondja: „Olyan, mint egy röntgensütő”, amely annyira összenyomja az üzemanyagot, hogy felrobban, és meggyújtja a kapszula közepén lévő atomok közötti fúziót. A fúzió ezután hullámban terjed a központtól, és csodálatos hőt bocsát ki. Mindez a másodperc milliárdod része alatt történik.

Miért hagyta el Callahan az LLNL-t, amikor a siker küszöbén álltak? Mert azt mondja, hogy a National Ignition Facility nem egy fúziós gép. A hohlraum kiválóan alkalmas a gyújtás demonstrálására, de nem feltétlenül elég hatékony a folyamatos impulzusos fúzió megtervezéséhez, mert annyi maradék lézerenergia vész el az arany felmelegítésénél, nem pedig a hidrogén üzemanyagnál. Tehát a Focused Energynél (amit támogat Prime Movers Lab és a New Enterprise Associates) tervük az, hogy eldobják a hohlraumot, és helyette „közvetlen meghajtású” megközelítést alkalmaznak – a lézereket közvetlenül egy üzemanyag-kapszulára robbantják (lásd a vázlatot).

Még nem bizonyították, hogy működik, de Callahan biztos abban, hogy néhány éven belül kísérleti projektjük tízszeres energianyereséget ér el. Ezt követi egy második erőmű, amely eléri a 10-szoros nyereséget, majd a 30-as évek végén az első kereskedelmi generátoruk lesz, remélhetőleg 2030-szoros energianyereséget ér el, és másodpercenként 100 üzemanyag-kapszulát robbant fel.

De ez egy sajátos kihívást rejtett magában. Másodpercenként 10 sebességgel a gépük közel 900,000 XNUMX kapszulát használna naponta. Ez nem olyan, mint szenet lapátolni a kemencébe; minden kapszulát szigorú szabványok szerint kell legyártani, és tökéletes időzítéssel be kell lőni a gépbe.

***

Ez reális? Néhány fúziós versenytárs nem így gondolja. A General Fusion egy vancouveri, kanadai székhelyű fúziós vállalat, amely tegnap bejelentette saját mérföldkövét. Megközelítését mágnesezett célfúziónak nevezik, és egy gépet foglal magában, ahol hidrogénplazmagolyót fecskendeznek be a gépbe, és erős mágnesekkel tartják meg, miközben lézer helyett mechanikus dugattyúkkal nyomják össze. Greg Twinney vezérigazgató arra számít, hogy az Egyesült Királyságban épülő General Fusion kísérleti üzem 2027-ben demonstrálja a fúziót, a kereskedelmi tervezés pedig a 2030-as évek elején készül el. „Amikor ilyen híreket látunk, nem lepődünk meg” – mondja. De az LLNL megközelítése nem extrapolálható egy működő fúziós üzembe, amit a General Fusion (Jeff Bezos, Shopify 300 millió dollárral támogat)SHOP
Többek között Tobias Lutke vezérigazgató és Temasek) kezdettől fogva erre vállalkozott. „Minden, amit teszünk, egy kereskedelmi erőműre összpontosít” – mondja. "Ha egy tudományos kísérletben működik, de nem kereskedelmi, akkor ez nem érdekel minket."

Az LLNL hírei hasonló választ váltottak ki David Kirtley-től, a seattle-i fúziós startup vezérigazgatójától hélion600 millió dollár támogatásával Peter Thiel, Sam Altman, Dustin Moskovitz, Reid Hoffman és Jeff Skoll technológiai iparmágnások. „Izgatottak vagyunk, hogy elérték tudományos mérföldköveiket a gépükkel kapcsolatban” – mondja Kirtley. De nem érzi magát fenyegetve „egy kutatóeszköztől, amelyet nem elektromos áram előállítására terveztek”. Ezzel szemben a Helion 60 láb hosszú fúziós gépének működése során plazmagolyókat fecskendeznek be a két végükbe, amelyek egy 100 millió fokos, intenzív mágneses mező által irányított reakcióban törik össze őket. A Helion új rendszerében a fúziós reakciók során felszabaduló energia folyamatosan kinyomja a mágneses visszatartó mezőt, ami visszanyomja – „dugattyúszerű” oszcillációkat okozva – mondja Kirtley, amely elektromos áramot generál, amelyet a Helion közvetlenül a reaktorból vesz fel. (További információért olvass tovább Faraday indukciós törvénye.)

A Helion építi a 7. prototípusát, és tervezi a 8. prototípusát, amely Kirtley reményei szerint az első kereskedelmi forgalomba kerülő fúziós generátor lesz – ha minden jól megy, ez az évtized végére csatlakozik az elektromos hálózathoz. Azt mondja, hogy a szövetségi nukleáris szabályozó hatóságok úgy tűnik, hogy ugyanazoknak a szabályoknak vetik alá gépeiket, mint a részecskegyorsítókra és a kórházakban használt képalkotó gépekre.

És rengeteg más cég is a fúzió legrégebbi megközelítését követi – a tokamakon koncepció, amelyben plazmagolyókat fecskendeznek be egy üreges fánk alakú reaktorkamrába, amelyet erős mágneses mezők vezérelnek. Commonwealth FusionAz MIT spinoffja, a tokamak tökéletesítésére törekszik ultra magas hőmérsékletű szupravezető anyagok felhasználásával, amelyekről Bob Mumgaard vezérigazgató úgy gondolja, hogy az évtized végére működőképes fúziós eszközzel rendelkezhetnek. Ugyanez vonatkozik a San Diego-i székhelyű General Atomicsra (legismertebb a Predator drón feltalálásáért), amely évtizedek óta üzemeltet egy tokamakot az Energiaügyi Minisztérium számára és új gépet tervez. A GA emellett megépítette a világ legerősebb mágnesét, az úgynevezett központi mágnestekercset is a világ legnagyobb fúziós projektje, a 30 milliárd dollár ITER építés alatt Franciaországban. Ha a többi fúziós induló vállalkozásnak is bejön az útja, az ITER a következő évtizedben még azelőtt elavult lesz, hogy befejezné. A GA (a Neal Blue milliárdos tulajdonában lévő) tétjeit terjeszti, és partnerségben áll a Savannah River National Lab-val, hogy üzemanyag-pelleteket gyártson lézeralapú fúziós gépekhez, mint például az LLNR és a Focused Energy.

Bárkivel is beszél a fúziós területen, ugyanaz a kritikájuk a régóta működő atommaghasadási reaktorokkal kapcsolatban. A hasadási reakciók (amelyek során a dúsított urán nagy atomjai szétesnek) radioaktív hulladékot eredményeznek, beleértve a plutóniumot és a veszélyes aktinidákat, amelyeket fel lehet fegyverezni. A nehezen beindítható és könnyen leállítható fúzióval ellentétben a hasadási reakciók könnyen beindíthatók és nehezen leállíthatók, ami katasztrofális összeomlások kockázatát hordozza magában. Újabb dizájnok, mint pl Westinghouse AP1000 Az Egyesült Államokban és Kínában is épülő hasadóreaktor passzív biztonsági intézkedéseket tartalmaz, és gyakorlatilag olvadásbiztos.

***

Egyes atomvállalkozók szerint a hasadás elegendő. Bret Kugelmass, a cég alapítója és vezérigazgatója Utolsó Energia, öt éve a világ leghatékonyabb és leggazdaságosabb atomreaktorának kidolgozását tűzte ki célul. Mielőtt hozzáfogott volna a hozzáállásához, a most 36 éves Kugelmass több száz nukleáris iparági szakértővel készített interjút (és a megbeszéléseket a A Titans of Nuclear podcast) az iparág kollektív bölcsességének gyűjtéséhez. Noha bízik a fúzió hosszú távú jövőjében, Kugelmass megállapította, hogy a fosszilis tüzelőanyagoktól való átálláshoz a világ legjobb megoldása a moduláris hasadási reaktorok lehető legegyszerűbb, legolcsóbb és legbiztonságosabb megépítése. A Last Energy a Houston melletti gyárában jelenleg gyártja első kisméretű, moduláris nyomás alatti vizes reaktorait, amelyek a meglévő nukleáris ellátási láncokon keresztül beszerzett kész alkatrészeket használnak fel, az évtizedek során tökéletesített technológiával, amelyet egyre több területen alkalmaznak. több mint 300 reaktor világszerte.

A Last Energy a 10 megawattos egységeiből 20-et már eladott egy lengyelországi ügyfélnek, kettőt Romániának és egy maroknyit Nagy-Britanniának. Kugelmass azt mondja, hogy a szellemi tulajdona nem a bevált összetevőkben rejlik, hanem abban, hogyan kell ezeket összerakni. Eddig 24 millió dollárt gyűjtött össze Gigafund, és az első lengyelországi reaktorok 2025-ben indulnak üzembe. A gépek finanszírozására a Last Energy hosszú távú áramvásárlási szerződéseket köt, amelyek több évtizedes nulla szén-dioxid-kibocsátású atomenergiát ígérnek a piaci árak alatt. „Kiáltunk egy kívánatos rést, amelyet senki sem keresett” – mondja Kugelmass. „Fekete dobozba zártuk az egész műveletet.”

Bármilyen csábító is a fúziós ígéret, ha Kugelmassnak megvan az a módja, hogy a bevett, megbízható hasadás versenyhelyzete mégis a hősies technológiai bukások szemétgyűjtőjébe taszíthassa új unokatestvérét – emlékszel a Betamaxra, a Google Glassra és a New Coke-ra?

TÖBB FELTÉTELEKA milliárdos dollárok által fűtött nukleáris fúzió új korszakba lépBy Christopher HelmanTÖBB FELTÉTELEKAz új atomerőmű: Hogyan tervezi egy 600 millió dolláros fúziós energia egyszarvú legyőzni a napenergiátBy Christopher HelmanTÖBB FELTÉTELEKCsendes milliárdosok az amerikai ragadozó drón mögött, amely megölte az iráni SzulejmanitBy Deniz Çam