Jauna pieeja kodolsintēzei

General Fusion , jaunuzņēmums Vankūverā, Kanādā, saka, ka tuvāko desmit gadu laikā var uzbūvēt kodolsintēzes spēkstacijas prototipu un to paveikt par mazāk nekā miljardu dolāru. Līdz šim tā ir piesaistījusi 13,5 miljonus ASV dolāru no publiskajiem un privātajiem investoriem, lai palīdzētu uzsākt vērienīgos centienus.

Jaudas virzuļi: General Fusion reaktors ir metāla sfēra ar 220 pneimatiskajiem virzuļiem, kas paredzēti tā virsmas vienlaicīgai izspiešanai. Blīvēšana rada akustisku vilni, kas pārvietojas caur svina-litija šķidrumu un galu galā paātrina centra virzienā, veidojot trieciena vilni. Trieciena vilnis saspiež plazmas mērķi, ko sauc par sferomaku, lai izraisītu kodolsintēzes uzliesmojumu. Siltumenerģija tiek iegūta ar siltummaini un tiek izmantota tvaika radīšanai elektroenerģijas ražošanai. Lai ražotu jaudu, process būtu jāatkārto katru sekundi.

Atšķirībā no 14 miljardiem dolāru ITER Francijā notiekošajā projektā General Fusion pieeja nepaļaujas uz dārgiem supravadošiem magnētiem, ko sauc par tokamakiem, lai saturētu pārkarsētu plazmu, kas nepieciešama, lai panāktu un uzturētu kodolsintēzes reakciju. Uzņēmumam arī nav nepieciešami jaudīgi lāzeri, piemēram, tie, kas atrodas uzņēmumā Nacionālā aizdedzes iestāde Lawrence Livermore Nacionālajā laboratorijā, lai ierobežotu plazmas mērķi un saspiestu to līdz galējām temperatūrām, līdz notiek saplūšana.

Tā vietā General Fusion saka, ka tas var sasniegt neto peļņu, tas ir, izveidot kodolsintēzes reakciju, kas izdala vairāk enerģijas, nekā nepieciešams tās iedarbināšanai, izmantojot salīdzinoši zemu tehnoloģiju, mehānisku brutālu spēku un progresīvas digitālās vadības tehnoloģijas, par kurām zinātnieki varēja tikai sapņot. pirms 30 gadiem.

Tas var šķist neticami, taču daži labākie ASV kodolsintēzes eksperti saka, ka General Fusion pieeja, kas ir variācija no tā, ko nozare sauc. magnetizēta mērķa saplūšana , ir zinātniski pamatots un faktiski varētu darboties. Viņi saka, ka tas ir tālu, taču ir vērts mēģināt.

Es par viņiem atbalstu, saka Kens Faulers , kodolinženierijas un plazmas fizikas emeritētais profesors Kalifornijas Universitātē Bērklijā un vadošā iestāde kodolsintēzes reaktoru projektēšanā. Viņš ir analizējis pieeju un neatrada nevienu tehnisku šovu. Varbūt šie puiši to spēj. Tā patiešām ir izlozes veiksme.

Reaktora prototips sastāvēs no metāla sfēras, kuras diametrs ir aptuveni trīs metri un kurā ir šķidrs litija un svina maisījums. Šķidrums tiek sagriezts, lai sfēras iekšpusē izveidotu virpuli, kas veido vertikālu dobumu vidū. Šajā brīdī dobumā no sfēras augšas un apakšas tiek ievadīti divi virtuļa formas plazmas gredzeni, kurus kopā satur pašizveidoti magnētiskie lauki, ko sauc par sferomakiem, un tie saplūst kopā, lai centrā izveidotu mērķi. Padomājiet par to kā par dūmu gredzenu pūšanu viens otram, saka Dugs Ričardsons, General Fusion izpilddirektors.

Metāla sfēras ārpusē ir 220 pneimatiski vadāmi virzuļi, no kuriem katrs ir ieprogrammēts, lai vienlaikus izspiestu sfēras virsmu ar ātrumu 100 metri sekundē. Virzuļu spēks raida akustisku viļņu caur svina-litija maisījumu, kas, sasniedzot plazmu, kas sastāv no ūdeņraža izotopiem deitērijs un tritijs, kļūst par triecienvilni.

Ja viss darbosies, kā plānots, plazma uzreiz saspiedīsies un izotopi saplūdīs hēlijā, atbrīvojot ar enerģiju pildītu neitronu uzliesmojumu, ko uztver svina-litija šķidrums. Ātrā siltuma uzkrāšanās šķidrumā tiks ekstrahēta caur siltummaini, un puse tiks izmantota, lai radītu tvaiku, kas griež turbīnu enerģijas ražošanai, bet pārējā daļa tiks izmantota, lai uzlādētu virzuļus nākamajam šāvienam.

Galīgais mērķis ir injicēt jaunu plazmas mērķi un katru sekundi izšaut virzuļus, radot kodolsintēzes reakciju impulsus kā daļu no pašpietiekama procesa. Tas ir pretstatā ITER, kura mērķis ir izveidot vienu kodolsintēzes reakciju, kas var pati sevi uzturēt. Viens no lielākajiem riskiem projektam ir tas, ka neviens iepriekš nav saspiedis sferomakus līdz kodolsintēzes apstākļiem, saka Ričardsons. Nav iemesla, kāpēc tas nedarbosies, taču neviens to nekad nav pierādījis.

Viņš saka, ka tas izskatās ilgāk, nekā gaidīts savākt naudu prototipa projektam, bet uzņēmums tagad var sākt testa reaktora būvniecības pirmo posmu, tostarp 3-D simulāciju izstrādi un komponentu tehnisko pārbaudi. General Fusion mērķis ir pabeigt reaktoru un demonstrēt tīro peļņu piecu gadu laikā, pieņemot, ka tas var piesaistīt vēl 37 miljonus ASV dolāru.

Ja tas izdosies, tas uzskata, ka pēc četriem gadiem var uzbūvēt ar tīklu spējīgu kodolsintēzes reaktoru, kura jauda ir 100 megavati, par aptuveni 500 miljoniem USD, pārspējot ITER par aptuveni 20 gadiem un par nelielu daļu no izmaksām.

Es parasti palaižu garām šīs dīvainās idejas, kas man iet garām, taču šī mani patiešām fascinēja, saka Faulers. Viņš atzīmē, ka ir jāpārvar milzīgi izaicinājumi, taču privāta jaunuzņēmuma kultūra var būt tā, kas nepieciešama, lai tos risinātu steidzami. Lielajās programmās, īpaši kodolsintēzes programmās, cilvēki ir tik ļoti piekauti, ka viņi ir tik ļoti izvairīgi no riska.

General Fusion pamata pieeja nav pilnīgi jauna. Tas ir balstīts uz darbu, ko astoņdesmitajos gados veica ASV Jūras spēku pētniecības laboratorija, pamatojoties uz koncepciju Linus. Problēma bija tā, ka zinātnieki nevarēja izdomāt pietiekami ātru veidu, kā saspiest plazmu, pirms tā zaudēja savu virtuļa formas magnētisko norobežojumu — iespēju logu, ko mēra milisekundēs. Tāpat kā dūmu gredzeni, arī plazmas gredzeni saglabā savu formu tikai īsu brīdi pirms izkliedēšanas.

Kodolpētniecības gigants General Atomics vēlāk nāca klajā ar ideju ātri saspiest plazmu, izmantojot mehānisku blietēšanas procesu, kas rada akustiskus viļņus. Taču uzņēmums nekad to nedarīja, iespējams, jo tehnoloģija, kas precīzi kontrolētu saspiestā gaisa virzuļu ātrumu un vienlaicīgu iedarbināšanu, pirms divām desmitgadēm vienkārši nepastāvēja.

Ričardsons saka, ka ātrgaitas digitālā apstrāde šodien ir viegli pieejama, un General Fusion misija nākamajos divos līdz četros gados ir pierādīt, ka tas spēj paveikt šo darbu. Pirms uzbūvēt pilnībā funkcionējošu reaktoru ar 220 virzuļiem uz metāla sfēras, uzņēmums vispirms pārbaudīs, vai mazākus gredzenus ar 24 virzuļiem var sinhronizēt, lai ietriektos ārējā metāla apvalkā.

Glens Vērs , Losalamos Nacionālās laboratorijas kodolsintēzes enerģētikas zinātņu programmas vadītājs un magnetizētā mērķa kodolsintēzes eksperts, saka, ka uzņēmumam General Fusion priekšā ir izaicinājumu pilns ceļš un uz daudziem jautājumiem, uz kuriem jāatbild galīgi. Vai viņi var ražot sferomakus ar pareizo blīvumu, temperatūru un dzīves ilgumu? Vai viņi var ievadīt divus sferomakus virpuļa dobuma pretējos galos un pārliecināties, ka tie saduras un saplūst? Vai akustiskie viļņi vienmērīgi virzīsies pa šķidro metālu?

Lielu daļu no tā var paveikt, izmantojot simulācijas, bet ne visu, saka Vurdens. Tas viss ir ļoti sarežģīts, mūsdienīgs darbs. Problēma ir tāda, ka jūs saskaraties ar dažādiem laika grafikiem un dažādu ietekmi uz materiāliem, kad tie ir pakļauti triecienviļņiem.

Los Alamos un General Fusion sadarbojas nesen noslēgtā līguma ietvaros pētniecības līgums . Taču Ričardsons neplāno vienmērīgu braukšanu. Viņš saka, ka projektam ir daudz risku, un mēs sagaidām, ka lielākā daļa no tā nedarbosies tieši tā, kā paredzēts. Tomēr, ja uzņēmums spēs izņemt savu testa reaktoru, tas cer piesaistīt pietiekami daudz uzmanības, lai viegli savāktu 500 miljonus ASV dolāru demonstrācijas spēkstacijai.

Faulers saka, ka brīnumi notiek.

paslēpties