National Lab odemyká jadernou fúzi – skutečný průlom, zákon o novinkách, nebo obojí?

Njaderná fúze je již dlouho svatým grálem skutečně čisté energie. Rozbíjení atomů vodíku slibuje neomezenou elektřinu s nulovými emisemi uhlíku, minimem radioaktivního odpadu a nulovou pravděpodobností katastrofického roztavení. Ale po půlstoletí byli vědci v oblasti fúze omezeni výkonem svých laserů a silou jejich magnetických polí – nikdy předtím nepřišli na to, jak z jejich rozbití atomů získat více energie, než do nich vložili. Až dosud.

Dnes vědci na Národní zapalovací zařízení na Národní laboratoř Lawrence Livermore (LLNL) v Kalifornii odhalí, že na začátku prosince se jim poprvé podařilo dosáhnout energetického zisku většího než 1 – to znamená, že více energie bylo vyzařováno z reakcí uvnitř jejich deuterio-tritiové palivové kapsle (2,000 XNUMX megajoulů) než bylo obsaženo v 192 lasery že to odpálili.

Je to velká věc, která stojí za oslavu, ale je to poněkud předem dané, říká Debra Callahanová, fyzička plazmatu, která nedávno opustila fúzní tým LLNL a stala se vědeckou ředitelkou při startu. Zaměřená energie, která již pracuje na komercializaci přístupu.

Callahan věděl, že LLNL dosáhne čistého energetického zisku poté, co loni dosáhli energetického výstupu 72 % jejich laserových energetických vstupů. "Není to pro mě překvapení." Vzhledem k cestu výsledků, které jsme viděli, mělo se to stát,“ říká. Potřebovali jen trochu větší výkon laseru. Jak to tedy funguje? Představte si malý dutý váleček ze zlata, který se vám vejde do dlaně. To se nazývá hohlraum. Uvnitř hohlraumu je malá palivová kapsle, uvnitř které jsou atomy deuteria a tritia.

Používají zlato, protože zadržuje rentgenové paprsky, které vznikají, když odpálí oba konce hohlraumu 173 nejvýkonnějšími lasery na světě. Callahan říká: "Je to jako rentgenová pec," která stlačí palivo natolik, že imploduje a zažehne fúzi mezi atomy ve středu kapsle. Fúze se pak šíří ve vlně ze středu a vydává ohromné ​​teplo. To vše se děje během miliardtiny sekundy.

Proč Callahan opustil LLNL, když byli na vrcholu úspěchu? Protože, jak říká, National Ignition Facility není fúzní stroj. Hohlraum je skvělé pro demonstraci zapálení, ale není nezbytně dostatečně účinné pro konstrukci kontinuální pulzní fúze, protože tolik zbytkové laserové energie se ztrácí při zahřívání zlata spíše než vodíkového paliva. Takže u Focused Energy (podporováno Laboratoř Prime Movers a Noví Enterprise Associates) jejich plánem je odhodit hohlraum a místo toho použít přístup „přímého pohonu“ — vystřelit lasery přímo na palivovou kapsli (viz schéma).

Ještě neprokázali, že to funguje, ale Callahan je přesvědčen, že za pár let jejich pilotní projekt dosáhne 10x energetického zisku. Poté bude následovat druhá elektrárna dosahující 30násobného zisku, po níž bude následovat to, co na konci 2030. let 100. století bude jejich prvním komerčním generátorem, doufejme, že dosáhne 10násobného energetického zisku a každou sekundu odpálí XNUMX palivových kapslí.

Ale v tom spočívá zvláštní výzva. Při rychlosti 10 za sekundu by jejich stroj spotřeboval téměř 900,000 XNUMX kapslí denně. To není jako házet uhlí do pece; každá kapsle by musela být vyrobena podle přísných norem a vstřelena do stroje s dokonalým načasováním.

***

Je to reálné? Někteří konkurenti fúze si to nemyslí. General Fusion je společnost zabývající se fúzí se sídlem ve Vancouveru v Kanadě, která včera oznámila svůj vlastní milník. Jeho přístup se nazývá fúze magnetizovaného terče a zahrnuje stroj, kde do stroje vstřikují kouli vodíkového plazmatu a používají silné magnety k jeho držení při stlačování mechanickými písty spíše než lasery. Generální ředitel Greg Twinney očekává, že pilotní závod, který General Fusion staví ve Spojeném království, předvede fúzi v roce 2027, přičemž komerční design bude připraven na začátku 2030. let 300. století. "Když vidíme zprávy jako je tato, nejsme překvapeni," říká. Ale přístup LLNL nelze extrapolovat na fungující fúzní závod, což je to, co General Fusion (podporováno XNUMX miliony dolarů od Jeffa Bezose, ShopifySHOP
Generální ředitel Tobias Lutke a Temasek mimo jiné) se rozhodli udělat to od začátku. „Všechno, co děláme, je zaměřeno na komerční elektrárnu,“ říká. "Pokud to funguje ve vědeckém experimentu, ale není komerční, tak nás to nezajímá."

Zprávy LLNL vyvolaly podobnou odpověď od generálního ředitele Davida Kirtleyho ze startupu zabývajícího se fúzí se sídlem v Seattlu helion, podporované 600 miliony dolarů od technologických magnátů Petera Thiela, Sama Altmana, Dustina Moskovitze, Reida Hoffmana a Jeffa Skolla. „Jsme nadšeni, že svým strojem dosáhli svých vědeckých milníků,“ říká Kirtley. Necítí se však ohrožen „výzkumným zařízením, které není navrženo k výrobě elektřiny“. Naproti tomu provoz 60 stop dlouhého fúzního stroje Helion zahrnuje vstřikování plazmových kuliček na každý konec a jejich vzájemné rozbíjení v reakci 100 milionů stupňů řízené intenzivními magnetickými poli. V novém systému Helionu se energie uvolněná při fúzních reakcích neustále tlačí ven proti svému magnetickému zadržovacímu poli, které se tlačí zpět – což způsobuje oscilace „jako píst,“ říká Kirtley, které generují elektrický proud, který Helion zachycuje přímo z reaktoru. (Pro více čtěte dále Faradayův indukční zákon.)

Helion staví svůj sedmý prototyp a navrhuje svůj osmý, o kterém Kirtley doufá, že bude prvním komerčním fúzním generátorem – pravděpodobně připojeným k elektrické síti do konce tohoto desetiletí, pokud vše půjde správně. Podle něj se zdá, že federální jaderní regulační orgány podrobí svůj stroj stejným pravidlům jako urychlovače částic a zobrazovací stroje používané v nemocnicích.

A existuje spousta dalších společností, které prosazují nejuznávanější přístup k fúzi – tzv tokamak koncept, ve kterém jsou koule plazmatu vstřikovány do komory reaktoru ve tvaru duté koblihy, ovládané silnými magnetickými poli. Commonwealth Fusion, MIT spinoff, se snaží zdokonalit tokamak pomocí ultra vysokoteplotních supravodivých materiálů, o kterých si CEO Bob Mumgaard myslí, že jim umožní mít funkční fúzní zařízení do konce dekády. Totéž platí pro General Atomics se sídlem v San Diegu (nejznámější za vynález dronu Predator), která desítky let provozuje tokamak pro ministerstvo energetiky a navrhuje nový stroj. GA také postavil pravděpodobně nejvýkonnější magnet na světě, nazývaný centrální solenoid, pro největší projekt fúze na světě, 30 miliard dolarů ITER ve výstavbě ve Francii. Pokud si ostatní fúzní starty projdou svou cestou, ITER bude zastaralý ještě předtím, než bude dokončen někdy v příštím desetiletí. Společnost GA (vlastněná miliardářem Nealem Blueem) šíří své sázky a spolupracuje s laboratoří Savannah River National Lab na výrobě palivových pelet pro laserové fúzní stroje, jako jsou LLNR a Focused Energy.

Ať už mluvíte v oblasti fúze s kýmkoli, jejich kritika dlouho zavedených jaderných štěpných reaktorů je stejná. Štěpné reakce (při kterých jsou rozbity velké atomy obohaceného uranu) poskytují radioaktivní odpad včetně plutonia a nebezpečných aktinidů, které lze použít jako zbraně. Na rozdíl od fúze, kterou je těžké zahájit a snadno zastavit, štěpné reakce lze snadno spustit a těžko zastavit, což představuje riziko katastrofických roztavení. Novější designy, jako např Westinghouse AP1000 štěpný reaktor, ve výstavbě jak v USA, tak v Číně, má pasivní bezpečnostní opatření a je prakticky odolný proti roztavení.

***

Někteří atomoví podnikatelé si myslí, že štěpení je dostatečné. Bret Kugelmass, zakladatel a generální ředitel společnosti Poslední energie, si před pěti lety stanovila za cíl navrhnout světově nejúčinnější a nejúspornější jaderný reaktor. Než se Kugelmass, nyní 36letý, rozhodl pro svůj přístup, vyzpovídal stovky odborníků z jaderného průmyslu (a přednesl rozhovory podcast Titans of Nuclear), abyste získali kolektivní moudrost tohoto odvětví. Přestože Kugelmass věří v dlouhodobou budoucnost fúze, rozhodl se, že nejlepší světová sázka na přechod od fosilních paliv spočívá ve stavbě modulárních štěpných reaktorů tím nejjednodušším, nejlevnějším a nejbezpečnějším možným způsobem. Ve své továrně poblíž Houstonu nyní společnost Last Energy vyrábí své první malé modulární tlakovodní reaktory, které využívají standardní komponenty pocházející ze stávajících jaderných dodavatelských řetězců s technologií, která byla zdokonalována v průběhu desetiletí a je používána ve více více než 300 reaktorů po celém světě.

Last Energy již prodala 10 ze svých 20megawattových jednotek zákazníkovi v Polsku, další dvě pro Rumunsko a hrstku pro Británii. Kugelmass říká, že jeho duševní vlastnictví nespočívá v osvědčených komponentách, ale v tom, jak je dát všechny dohromady. Zatím získal 24 milionů dolarů v čele s Gigafonda očekává, že první reaktory v Polsku budou spuštěny v roce 2025. Za účelem financování strojů uzavírá společnost Last Energy dlouhodobé smlouvy o nákupu energie slibující zákazníkům desetiletí jaderné energie s nulovými emisemi uhlíku za nižší než tržní ceny. „Podařilo se nám vytvořit žádoucí výklenek, po kterém nikdo nešel,“ říká Kugelmass. "Celou operaci jsme zaškatulkovali."

Jakkoli může být příslib fúze lákavý, pokud si Kugelmass poradí, konkurenční realita zavedeného a spolehlivého štěpení by přesto mohla odsunout svého nového bratrance na smetiště hrdinských technologických propadáků – pamatujete na Betamax, Google Glass a New Coke?

VÍCE Z FORBESNukleární fúze, poháněná miliardářskými dolary, vstupuje do nového věkuBy Kryštof HelmanVÍCE Z FORBESThe New Nuclear: Jak jednorožec s fúzní energií za 600 milionů dolarů plánuje porazit solární energiiBy Kryštof HelmanVÍCE Z FORBESTichí miliardáři za americkým predátorským dronem, který zabil íránského SoleimanihoBy Deniz Çam