Laboratori Kombëtar zhbllokon shkrirjen bërthamore - Përparim i vërtetë, akt i ri, apo të dyja?

Nfuzioni uklear ka qenë prej kohësh Grali i Shenjtë i energjisë vërtet të pastër. Përplasja e atomeve të hidrogjenit premton energji elektrike të pakufishme me zero emetime karboni, një minimum mbetjesh radioaktive dhe zero mundësi për shkrirje katastrofike. Por për një gjysmë shekulli shkencëtarët e shkrirjes kanë qenë të kufizuar nga fuqia e lazerëve të tyre dhe fuqia e fushave të tyre magnetike – asnjëherë më parë duke kuptuar se si të mjelnin më shumë energji nga shpërbërja e atomit të tyre sesa kanë dhënë. Deri më tani.

Sot shkencëtarët në Lehtësia Kombëtare e Ndezjes në Lawrence Livermore Laboratori Kombëtar (LLNL) në Kaliforni do të zbulojë se në fillim të dhjetorit, për herë të parë, ata kanë arritur të arrijnë fitim energjie më të madhe se 1 - domethënë, më shumë energji u emetua nga reaksionet brenda kapsulës së tyre të karburantit deuterium-tritium (2,000 megaxhaule) se sa përmbahej në 192 lazer me të cilën e shpërthyen.

Është një punë e madhe, që ia vlen të festohet, por disi një përfundim i paramenduar, thotë Debra Callahan, një fizikan i plazmës që së fundmi u largua nga ekipi i shkrirjes LLNL për t'u bërë drejtore shkencore në startup. Energji e fokusuar, e cila tashmë po punon për komercializimin e qasjes.

Callahan e dinte se LLNL do të arrinte fitim neto të energjisë pasi vitin e kaluar ata arritën një prodhim energjie prej 72% të inputeve të tyre të energjisë lazer. “Nuk është surprizë për mua. Duke pasur parasysh rrugën e rezultateve që kishim parë, do të ndodhte,” thotë ajo. Ata thjesht kishin nevojë për pak më shumë fuqi lazer. Pra, si funksionon? Imagjinoni një cilindër të vogël të zbrazët prej ari që përshtatet në pëllëmbën e dorës. Kjo quhet hohlraum. Brenda hohlraum-it futet një kapsulë e vogël karburanti, brenda së cilës gjenden atomet e deuteriumit dhe tritiumit.

Ata përdorin arin sepse ai mban në rrezet X që prodhohen kur shpërthejnë në çdo skaj të hohlraum-it me 173 nga lazerët më të fuqishëm në botë. Callahan thotë, "Është si një furrë me rreze x", e cila ngjesh karburantin aq shumë sa shpërthen dhe ndez shkrirjen midis atomeve në qendër të kapsulës. Më pas, shkrirja përhapet në një valë nga qendra, duke lëshuar nxehtësi të jashtëzakonshme. E gjithë kjo ndodh në një të miliardën e sekondës.

Pse Callahan u largua nga LLNL kur ata ishin në majë të suksesit? Sepse, thotë ajo, Impianti Kombëtar i Ndezjes nuk është një makinë me shkrirje. Hohlraum është i shkëlqyeshëm për të demonstruar ndezjen, por nuk është domosdoshmërisht mjaft efikas për inxhinierinë e shkrirjes së vazhdueshme pulsuese, sepse kaq shumë energji lazeri e mbetur humbet gjatë ngrohjes së arit dhe jo karburantit të hidrogjenit. Pra, në Energjinë e Përqendruar (mbështetur nga Prime Movers Lab Bashkëpunëtorët e Ndërmarrjeve të Reja) plani i tyre është të hedhin hohlraum dhe në vend të kësaj të përdorin një qasje "drejtpërdrejtë" - duke shpërthyer lazerët drejtpërdrejt në një kapsulë karburanti (shih skematikën).

Ata nuk e kanë demonstruar ende se funksionon, por Callahan është i bindur se në disa vite projekti i tyre pilot do të arrijë një fitim 10 herë të energjisë. Kjo do të pasohet nga një impiant i dytë që do të arrijë 30 herë fitim, i ndjekur nga ai që në fund të viteve 2030 do të ishte gjeneratori i tyre i parë komercial, me shpresë duke arritur një fitim energjie 100 herë dhe duke shpërthyer 10 kapsula karburanti çdo sekondë.

Por aty qëndronte një sfidë e veçantë. Me 10 në sekondë, makina e tyre do të përdorte gati 900,000 kapsula në ditë. Kjo nuk është si futja e qymyrit me lopatë në një furrë; secila kapsulë duhet të prodhohet sipas standardeve të sakta dhe të futet në makinë me një kohë të përsosur.

***

A është kjo realiste? Disa konkurrentë të shkrirjes nuk mendojnë kështu. General Fusion është një kompani fusioni me bazë në Vankuver, Kanada, e cila dje njoftoi arritjen e saj historike. Qasja e tij quhet shkrirja e objektivit të magnetizuar dhe përfshin një makinë ku ata injektojnë një top plazme hidrogjeni në makinë dhe përdorin magnet të fuqishëm për ta mbajtur atë ndërsa kompresohen me pistona mekanikë dhe jo me lazer. CEO Greg Twinney pret që fabrika pilot General Fusion që po ndërtohet në MB për të demonstruar shkrirjen në vitin 2027, me dizajnin komercial gati në fillim të viteve 2030. “Kur shohim lajme si ky, nuk habitemi,” thotë ai. Por qasja e LLNL nuk mund të ekstrapolohet në një fabrikë të shkrirjes që funksionon, gjë që është ajo që General Fusion (mbështetur nga 300 milionë dollarë nga Jeff Bezos, ShopifyDyqan
CEO Tobias Lutke dhe Temasek, ndër të tjera) vendosën të bëjnë që në fillim. "Gjithçka që bëjmë është e përqendruar në një termocentral komercial," thotë ai. "Nëse funksionon në një eksperiment shkencor, por nuk është komercial, ne nuk jemi të interesuar për këtë."

Lajmet LLNL gjeneruan një përgjigje të ngjashme nga CEO David Kirtley i startup-it me bazë në Seattle. Helion, mbështetur nga 600 milionë dollarë nga manjatët e teknologjisë Peter Thiel, Sam Altman, Dustin Moskovitz, Reid Hoffman dhe Jeff Skoll. "Ne jemi të ngazëllyer që ata arritën piketat e tyre shkencore për makinën e tyre," thotë Kirtley. Por ai nuk ndihet i kërcënuar nga "një pajisje kërkimore që nuk është krijuar për të prodhuar energji elektrike". Në të kundërt, funksionimi i makinës së shkrirjes 60 metra të gjatë të Helion përfshin injektimin e topave të plazmës në çdo skaj, duke i copëtuar ato së bashku në një reaksion 100 milion gradë të kontrolluar nga fusha magnetike intensive. Në sistemin e ri të Helionit, energjia e çliruar në reaksionet e shkrirjes shtyhet vazhdimisht kundër fushës së saj të mbajtjes magnetike, e cila shtyn prapa - duke shkaktuar lëkundje "si një pistoni", thotë Kirtley, që gjenerojnë një rrymë elektrike, të cilën Helion e kap direkt nga reaktori. (Për më shumë, lexoni më tej Ligji i induksionit i Faradeit.)

Helion po ndërton prototipin e tij të 7-të dhe po projekton të 8-tin, i cili Kirtley shpreson të jetë gjeneratori i parë komercial i shkrirjes – ndoshta i lidhur me rrjetin elektrik deri në fund të kësaj dekade, nëse gjithçka shkon mirë. Ai thotë se rregullatorët federalë bërthamorë duket se do t'i nënshtrojnë makineritë e tyre të njëjtat rregulla si përshpejtuesit e grimcave dhe llojin e makinerive të imazhit që përdoren në spitale.

Dhe ka shumë kompani të tjera që ndjekin qasjen më të vendosur ndaj bashkimit - tokamak koncept, në të cilin topa plazme injektohen në një dhomë reaktori në formë si një donut i zbrazët, i kontrolluar nga fusha të fuqishme magnetike. Komonuelth Fusion, një spinoff i MIT, po kërkon të perfeksionojë tokamak-un duke përdorur materiale superpërçuese me temperaturë ultra të lartë që CEO Bob Mumgaard mendon se do t'u mundësojë atyre të kenë një pajisje shkrirjeje funksionale deri në fund të dekadës. E njëjta gjë vlen edhe për General Atomics me bazë në San Diego (më i njohur për shpikjen e dronit Predator), i cili prej dekadash ka funksionuar një tokamak për Departamentin e Energjisë dhe është duke projektuar një makinë të re. GA ndërtoi gjithashtu magnetin më të fuqishëm në botë, të quajtur solenoid qendror, për projektin më të madh të shkrirjes në botë nga të gjithë, 30 miliardë dollarë ITER ne ndertim ne France. Nëse startup-et e tjera të shkrirjes kanë rrugën e tyre, ITER do të jetë i vjetëruar para se të përfundojë diku dekadën e ardhshme. Duke përhapur bastet e saj, GA (në pronësi të miliarderit Neal Blue) ka një partneritet me Laboratorin Kombëtar të lumit Savannah për të prodhuar fishekë karburanti për makineritë e shkrirjes me bazë lazer si LLNR dhe Energjia e Përqendruar.

Me këdo që flisni në fushën e shkrirjes, kritikat e tyre ndaj reaktorëve të ndarjes bërthamore të krijuar prej kohësh janë të njëjta. Reaksionet e ndarjes (në të cilat atome të mëdha të uraniumit të pasuruar ndahen) prodhojnë mbetje radioaktive duke përfshirë plutoniumin dhe aktinide të rrezikshme që mund të armatizohen. Ndryshe nga shkrirja, e cila është e vështirë për t'u nisur dhe e lehtë për t'u ndalur, reaksionet e ndarjes janë të lehta për t'u nisur dhe vështirë për t'u ndalur, duke paraqitur rrezikun e shkrirjeve katastrofike. Modelet më të reja, si Westinghouse AP1000 Reaktori i ndarjes, në ndërtim e sipër si në SHBA ashtu edhe në Kinë, përmban masa pasive të sigurisë dhe është praktikisht rezistent ndaj shkrirjes.

***

Disa sipërmarrës bërthamorë mendojnë se ndarja është e mjaftueshme. Bret Kugelmass, themelues dhe CEO i Energjia e fundit, u nis pesë vjet më parë për të krijuar reaktorin bërthamor më efikas dhe ekonomik në botë. Përpara se të vendoste për qasjen e tij, Kugelmass, tani 36 vjeç, intervistoi qindra ekspertë të industrisë bërthamore (dhe foli për Podcast Titans of Nuclear) për të mbledhur diturinë kolektive të industrisë. Edhe pse ai ka besim në të ardhmen afatgjatë të shkrirjes, Kugelmass përcaktoi se basti më i mirë në botë për t'u larguar nga karburantet fosile qëndron në ndërtimin e reaktorëve të ndarjes modulare në mënyrën më të thjeshtë, më të lirë dhe më të sigurt të mundshme. Në fabrikën e saj pranë Hjustonit, Last Energy tani po prodhon reaktorët e saj të parë të vegjël, modularë të ujit me presion, të cilët përdorin komponentë jashtë raftit, me burim nga zinxhirët ekzistues të furnizimit bërthamor, me teknologji që është përsosur gjatë dekadave dhe përdoret në më shumë. se 300 reaktorë në mbarë botën.

Tashmë, Last Energy ka shitur 10 nga njësitë e saj 20 megavat tek një klient në Poloni, dy të tjera për Rumaninë dhe një pjesë të vogël për Britaninë. Kugelmass thotë se prona e tij intelektuale nuk është në komponentët e provuar, por në mënyrën se si t'i bashkojë të gjitha. Ai deri më tani ka mbledhur 24 milionë dollarë të udhëhequr nga Gigafund, dhe pret që reaktorët e parë në Poloni të funksionojnë në vitin 2025. Për të financuar makineritë, Last Energy hyn në marrëveshje afatgjata të blerjes së energjisë duke u premtuar klientëve dekada energji bërthamore me zero karbon me çmime nën çmimet e tregut. “Ne ishim në gjendje të krijonim një vend të dëshirueshëm që askush nuk po shkonte pas”, thotë Kugelmass. "Ne e kemi futur në kuti të zezë të gjithë operacionin."

Sado tërheqës të jetë premtimi i shkrirjes, nëse Kugelmass ka rrugën e tij, realitetet konkurruese të ndarjes së vendosur dhe të besueshme mund ta zbresin ende kushëririn e tij të ri në koshin e plehrave heroike të teknologjisë – ju kujtohet Betamax, Google Glass dhe New Coke?

MORE SHUM NGA FORBESI ushqyer nga miliarderë dollarë, shkrirja bërthamore hyn në një epokë të reBy Christopher HelmanMORE SHUM NGA FORBESBërthamore e re: Si njëbrirësh me energji të shkrirë prej 600 milionë dollarësh planifikon të mposht diellinBy Christopher HelmanMORE SHUM NGA FORBESMiliarderët e qetë pas dronit grabitqar të Amerikës që vrau Soleimanin e IranitBy Deniz Çam