Naujas požiūris į sintezę

„General Fusion“. Vankuveryje, Kanadoje, startuolis teigia, kad per ateinantį dešimtmetį gali pastatyti branduolių sintezės jėgainės prototipą ir tai padaryti už mažiau nei milijardą dolerių. Iki šiol ji iš viešųjų ir privačių investuotojų surinko 13,5 mln. USD, kad padėtų pradėti ambicingas pastangas.

Galios stūmokliai: „General Fusion“ reaktorius yra metalinė sfera su 220 pneumatinių stūmoklių, skirtų vienu metu stumdyti jo paviršių. Smūgis sukuria akustinę bangą, kuri sklinda per švino ir ličio skystį ir galiausiai įsibėgėja link centro ir virsta smūgine banga. Smūgio banga suspaudžia plazmos taikinį, vadinamą sferomaku, kad sukeltų sintezės sprogimą. Šiluminė energija išgaunama šilumokaičiu ir naudojama garui gaminti elektros gamybai. Norint gaminti energiją, procesas kartojamas kas sekundę.

Skirtingai nuo 14 mlrd ITER Prancūzijoje vykdomas projektas, „General Fusion“ metodas nesiremia brangiais superlaidžiais magnetais, vadinamais tokamakais, turinčiais perkaitintą plazmą, reikalingą sintezės reakcijai pasiekti ir palaikyti. Bendrovė taip pat nereikalauja galingų lazerių, tokių kaip viduje Nacionalinė uždegimo įstaiga Lawrence'o Livermore'o nacionalinėje laboratorijoje, apriboti plazmos taikinį ir suspausti jį iki ekstremalių temperatūrų, kol įvyks sintezė.

Vietoj to, „General Fusion“ teigia, kad gali pasiekti grynojo pelno, ty sukurti sintezės reakciją, kuri išskiria daugiau energijos, nei reikia jai suaktyvinti, naudojant palyginti žemų technologijų, mechaninę grubią jėgą ir pažangias skaitmeninio valdymo technologijas, apie kurias mokslininkai galėjo tik pasvajoti. prieš 30 metų.

Tai gali atrodyti neįtikėtina, tačiau kai kurie geriausi JAV sintezės ekspertai teigia, kad „General Fusion“ požiūris yra kitoks to, ką pramonė vadina. įmagnetinto taikinio suliejimas , yra moksliškai pagrįsta ir gali iš tikrųjų veikti. Jie sako, kad tai toli, bet verta pabandyti.

Aš už juos palaikau, sako Kenas Fowleris , Kalifornijos universiteto Berklio branduolinės inžinerijos ir plazmos fizikos profesorius emeritas ir pirmaujanti sintezės reaktorių projektavimo institucija. Jis išanalizavo metodą ir nerado jokių techninių priedų. Galbūt šie vaikinai gali tai padaryti. Tai tikrai burtų laimė.

Reaktoriaus prototipas bus sudarytas iš maždaug trijų metrų skersmens metalinės sferos, kurioje yra skystas ličio ir švino mišinys. Skystis sukasi, kad rutulio viduje susidarytų sūkurys, kurio viduryje susidaro vertikali ertmė. Šiuo metu į ertmę iš sferos viršaus ir apačios įšvirkščiami du spurgos formos plazminiai žiedai, laikomi kartu savaime sukurtų magnetinių laukų, vadinamų sferomakais, ir susijungia, kad centre būtų sukurtas taikinys. Pagalvokite apie tai kaip apie dūmų žiedų pūtimą vienas į kitą, sako Dougas Richardsonas, „General Fusion“ generalinis direktorius.

Metalinės sferos išorėje yra 220 pneumatiniu būdu valdomų stūmoklių, kurių kiekvienas yra užprogramuotas vienu metu stumdyti rutulio paviršių 100 metrų per sekundę greičiu. Stūmoklių jėga švino ir ličio mišiniu siunčia akustinę bangą, kuri, pasiekusi plazmą, sudarytą iš vandenilio izotopų deuterio ir tričio, virsta smūgine banga.

Jei viskas veiks taip, kaip planuota, plazma akimirksniu susislėgs, o izotopai susilies į helią, išleisdami energijos kupinų neutronų pliūpsnį, kurį sugauna švino ir ličio skystis. Greitai susikaupusi šiluma skystyje bus išgaunama per šilumokaitį, o pusė panaudota garams, kurie suka turbiną energijai gaminti, o likusi dalis naudojama stūmokliams įkrauti kitam šūviui.

Galutinis tikslas yra įšvirkšti naują plazmos taikinį ir paleisti stūmoklius kas sekundę, sukuriant sintezės reakcijų impulsus, kurie yra savarankiško proceso dalis. Tai prieštarauja ITER, kuriuo siekiama sukurti vieną sintezės reakciją, kuri gali išsilaikyti pati. Viena iš didžiausių projekto pavojų yra ta, kad niekas anksčiau nesuspaudė sferomakų į sintezei svarbias sąlygas, sako Richardsonas. Nėra jokios priežasties, kodėl tai neveiks, bet niekas niekada to neįrodė.

Jis sako, kad atrodo ilgiau nei tikėtasi pakelti pinigus prototipo projektui, tačiau dabar bendrovė gali pradėti pirmąjį bandomojo reaktoriaus statybos etapą, įskaitant 3-D modeliavimo kūrimą ir techninę komponentų patikrą. „General Fusion“ siekia užbaigti reaktorių ir parodyti grynąjį pelną per penkerius metus, darant prielaidą, kad jis gali surinkti dar 37 mln.

Jei pasiseks, ji mano, kad po ketverių metų gali pastatyti 100 megavatų sintezės reaktorių, kurio galia yra 100 megavatų, už maždaug 500 mln.

Paprastai nepaisyčiau šių keistų idėjų, kurios man pasitaiko, bet tai mane tikrai sužavėjo, sako Fowleris. Jis pažymi, kad yra didžiulių iššūkių, kuriuos reikia įveikti, tačiau privataus startuolio kultūra gali būti tai, ko reikia norint juos spręsti skubiai. Didžiosiose programose, ypač sintezės programose, žmonės buvo taip sumušti, kad jie taip nebijo rizikuoti.

Pagrindinis „General Fusion“ požiūris nėra visiškai naujas. Jis pagrįstas darbu, kurį devintajame dešimtmetyje atliko JAV karinio jūrų laivyno tyrimų laboratorija, remiantis koncepcija, pavadinta Linus. Problema buvo ta, kad mokslininkai negalėjo rasti pakankamai greito būdo suspausti plazmą, kol ji nepraras spurgos formos magnetinio uždarymo – galimybių lango, matuojamo milisekundėmis. Kaip ir dūmų žiedai, plazminiai žiedai savo formą išlaiko tik akimirką prieš išsisklaidydami.

Branduolinių tyrimų milžinė „General Atomics“ vėliau sugalvojo greitai suspausti plazmą, naudojant mechaninį suspaudimo procesą, sukuriantį akustines bangas. Tačiau bendrovė to niekada nesilaikė – greičiausiai todėl, kad technologijos, leidžiančios tiksliai valdyti suspausto oro stūmoklių greitį ir tuo pačiu metu paleisti, prieš du dešimtmečius tiesiog nebuvo.

Richardsonas teigia, kad šiandien yra lengvai prieinamas didelės spartos skaitmeninis apdorojimas, o „General Fusion“ misija per ateinančius dvejus ar ketverius metus yra įrodyti, kad jis gali atlikti savo darbą. Prieš statydama visiškai funkcionuojantį reaktorių su 220 stūmoklių ant metalinės sferos, bendrovė pirmiausia patikrins, ar mažesnius 24 stūmoklių žiedus galima sinchronizuoti, kad atsitrenktų į išorinį metalinį apvalkalą.

Glenas buvo , Los Alamos nacionalinės laboratorijos sintezės energijos mokslų programos vadovas ir magnetizuoto taikinio sintezės ekspertas, teigia, kad „General Fusion“ laukia sudėtingas kelias ir į daugelį klausimų reikia tiksliai atsakyti. Ar jie gali gaminti tinkamo tankio, temperatūros ir gyvenimo trukmės sferomakus? Ar jie gali įšvirkšti du sferomakus į priešingus sūkurio ertmės galus ir įsitikinti, kad jie susiduria ir susilieja? Ar akustinės bangos tolygiai judės per skystą metalą?

Galite atlikti nemažą dalį modeliavimo, bet ne viską, sako Wurden. Visa tai labai sudėtingas, modernus darbas. Problema ta, kad susiduriate su skirtingais laiko intervalais ir skirtingu poveikiu medžiagoms, kai jas veikia smūginės bangos.

„Los Alamos“ ir „General Fusion“ bendradarbiauja kaip dalis neseniai pasirašyto susitarimo tyrimų sutartis . Tačiau Richardsonas neplanuoja sklandaus važiavimo. Projektas turi daug rizikos, sako jis, ir mes tikimės, kad didžioji jo dalis neveiks tiksliai taip, kaip tikėtasi. Tačiau, jei bendrovė gali atšaukti bandomąjį reaktorių, ji tikisi pritraukti pakankamai dėmesio, kad būtų galima lengvai surinkti 500 mln. USD demonstracinei jėgainei.

Fowleris sako, kad stebuklų būna.

paslėpti