Nowe podejście do Fusion

Ogólna fuzja , startup z Vancouver w Kanadzie twierdzi, że może zbudować prototyp elektrowni termojądrowej w ciągu następnej dekady i zrobić to za mniej niż miliard dolarów. Do tej pory zebrał 13,5 miliona dolarów od inwestorów publicznych i prywatnych, aby pomóc w rozpoczęciu ambitnego przedsięwzięcia.

Tłoki mocy: Reaktor General Fusion to metalowa kula z 220 pneumatycznymi tłokami zaprojektowanymi do jednoczesnego ubijania jej powierzchni. Ubijanie tworzy falę akustyczną, która przechodzi przez ciecz ołowiowo-litową i ostatecznie przyspiesza w kierunku środka, tworząc falę uderzeniową. Fala uderzeniowa kompresuje cel plazmowy, zwany sferomakiem, aby wywołać wybuch fuzji. Energia cieplna jest pozyskiwana za pomocą wymiennika ciepła i wykorzystywana do wytwarzania pary do produkcji energii elektrycznej. Aby wytworzyć energię, proces byłby powtarzany co sekundę.

W przeciwieństwie do 14 miliardów dolarów ITER projektu realizowanego we Francji, podejście General Fusion nie opiera się na drogich magnesach nadprzewodzących – zwanych tokamakami – które zawierają przegrzaną plazmę niezbędną do osiągnięcia i podtrzymania reakcji syntezy jądrowej. Firma nie wymaga również potężnych laserów, takich jak te w Krajowy Zakład Zapłonu w Lawrence Livermore National Laboratory, aby ograniczyć cel plazmowy i skompresować go do ekstremalnych temperatur, aż nastąpi fuzja.

Zamiast tego, General Fusion twierdzi, że może osiągnąć zysk netto – to znaczy wywołać reakcję syntezy, która wydziela więcej energii niż jest to potrzebne do jej wywołania – przy użyciu stosunkowo mało zaawansowanej, mechanicznej brutalnej siły i zaawansowanych cyfrowych technologii sterowania, o których naukowcy mogli tylko pomarzyć 30 lat temu.

Może się to wydawać nieprawdopodobne, ale niektórzy czołowi amerykańscy eksperci ds. syntezy jądrowej twierdzą, że podejście General Fusion jest odmianą tego, co branża nazywa namagnesowana fuzja celu , jest naukowo uzasadniony i faktycznie może działać. Mówią, że to strzał z daleka, ale warto spróbować.

Kibicuję im, mówi Ken Fowler , emerytowany profesor inżynierii jądrowej i fizyki plazmy na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley oraz czołowy autorytet w dziedzinie projektów reaktorów termojądrowych. Przeanalizował podejście i nie znalazł żadnych technicznych przebojów. Może ci faceci to potrafią. To naprawdę szczęście losowania.

Prototypowy reaktor będzie się składał z metalowej kuli o średnicy około trzech metrów zawierającej ciekłą mieszaninę litu i ołowiu. Ciecz jest wirowana, tworząc wir wewnątrz kuli, który tworzy pionową wnękę pośrodku. W tym momencie dwa pierścienie plazmowe w kształcie pierścienia utrzymywane razem przez samogenerujące się pola magnetyczne, zwane sferomakami, są wstrzykiwane do wnęki od góry i dołu kuli i łączą się, tworząc w środku cel. Pomyśl o tym jak o dmuchaniu na siebie kółkami dymnymi, mówi Doug Richardson, dyrektor generalny General Fusion.

Na zewnątrz metalowej kuli znajduje się 220 pneumatycznie sterowanych tłoków, z których każdy jest zaprogramowany do jednoczesnego uderzania w powierzchnię kuli z prędkością 100 metrów na sekundę. Siła tłoków wysyła falę akustyczną przez mieszankę litowo-ołowiową, która po dotarciu do plazmy, która jest zbudowana z izotopów wodoru, deuteru i trytu, przekształca się w falę uderzeniową.

Jeśli wszystko zadziała zgodnie z planem, plazma natychmiast się skompresuje, a izotopy połączą się w hel, uwalniając wybuch naładowanych energią neutronów, które są wychwytywane przez ciecz ołowiowo-litową. Gwałtowne nagromadzenie ciepła w cieczy zostanie odprowadzone przez wymiennik ciepła, przy czym połowa zostanie wykorzystana do wytworzenia pary, która napędza turbinę do wytwarzania energii, a reszta zostanie wykorzystana do naładowania tłoków do następnego strzału.

Ostatecznym celem jest wstrzyknięcie nowego celu plazmowego i odpalenie tłoków co sekundę, tworząc impulsy reakcji syntezy jądrowej w ramach samopodtrzymującego się procesu. Kontrastuje to z ITER, którego celem jest stworzenie pojedynczej reakcji syntezy jądrowej, która może się utrzymać. Jednym z największych zagrożeń dla projektu jest to, że nikt wcześniej nie skompresował sferomaków do warunków związanych z fuzją, mówi Richardson. Nie ma powodu, dla którego to nie zadziała, ale nikt nigdy tego nie udowodnił.

Mówi, że wygląda na dłużej niż oczekiwano zebrać pieniądze dla projektu prototypu, ale firma może teraz rozpocząć pierwszą fazę budowy reaktora testowego, w tym opracowanie symulacji 3D i techniczną weryfikację komponentów. General Fusion zamierza ukończyć reaktor i wykazać zysk netto w ciągu pięciu lat, zakładając, że może zebrać kolejne 37 milionów dolarów.

Uważa, że ​​jeśli się powiedzie, może zbudować reaktor termojądrowy o mocy 100 megawatów cztery lata później za około 500 milionów dolarów, pokonując ITER o około 20 lat i za ułamek kosztów.

Zwykle pomijam te dziwaczne pomysły, które mijają na mojej drodze, ale ten naprawdę mnie zafascynował, mówi Fowler. Zauważa, że ​​istnieją ogromne wyzwania do pokonania, ale kultura prywatnego startupu może być tym, czego potrzeba, aby stawić im czoła z poczuciem pilności. W dużych programach, zwłaszcza fusion, ludzie zostali tak bardzo pobici, że tak bardzo nie chcą podejmować ryzyka.

Podstawowe podejście General Fusion nie jest całkowicie nowe. Opiera się na pracy wykonanej w latach 80. przez Laboratorium Badawcze Marynarki Wojennej USA, opartej na koncepcji zwanej Linus. Problem polegał na tym, że naukowcy nie byli w stanie wymyślić wystarczająco szybkiego sposobu kompresji plazmy, zanim straciła ona swoje magnetyczne ograniczenie w kształcie pączka, okno możliwości mierzone w milisekundach. Podobnie jak pierścienie dymne, pierścienie plazmowe zachowują swój kształt tylko przez chwilę przed rozproszeniem.

Gigant badań nuklearnych General Atomics wpadł później na pomysł szybkiego skompresowania plazmy za pomocą mechanicznego procesu ubijania, który tworzy fale akustyczne. Ale firma nigdy nie poszła dalej – prawdopodobnie dlatego, że technologia precyzyjnej kontroli prędkości i jednoczesnego wyzwalania tłoków sprężonego powietrza po prostu nie istniała dwie dekady temu.

Richardson twierdzi, że szybkie przetwarzanie cyfrowe jest już dziś łatwo dostępne, a misją General Fusion w ciągu najbliższych dwóch do czterech lat jest udowodnienie, że może wykonać to zadanie. Przed zbudowaniem w pełni funkcjonalnego reaktora z 220 tłokami na metalowej kuli, firma najpierw sprawdzi, czy mniejsze pierścienie 24 tłoków można zsynchronizować, aby uderzać w zewnętrzną metalową powłokę.

Glen wilkołak , kierownik programu nauk o energii termojądrowej w Los Alamos National Laboratory i ekspert w dziedzinie namagnesowanej syntezy docelowej, mówi, że General Fusion ma przed sobą trudną drogę i wiele pytań, na które należy odpowiedzieć ostatecznie. Czy potrafią wytwarzać sferomaki o odpowiedniej gęstości, temperaturze i długości życia? Czy potrafią wstrzyknąć dwa sferomaki w przeciwległe końce jamy wirowej i upewnić się, że zderzą się i połączą? Czy fale akustyczne rozchodzą się równomiernie przez ciekły metal?

Można to zrobić w dużej mierze za pomocą symulacji, ale nie w całości, mówi Wurden. To wszystko jest bardzo złożone, najnowocześniejsze dzieło. Problem polega na tym, że masz do czynienia z różnymi skalami czasowymi i różnymi efektami na materiałach, gdy są one wystawione na działanie fal uderzeniowych.

Los Alamos i General Fusion współpracują w ramach niedawno podpisanej umowa badawcza . Ale Richardson nie planuje płynnej jazdy. Projekt niesie ze sobą wiele zagrożeń, mówi, i spodziewamy się, że większość z nich nie będzie działać dokładnie tak, jak oczekiwano. Jeśli jednak firma zdoła wycofać swój testowy reaktor, ma nadzieję, że przyciągnie wystarczającą uwagę, aby z łatwością zebrać 500 milionów dolarów na demonstracyjną elektrownię.

Mówi Fowler, Cuda się zdarzają.

ukryć