Miljardieru dolāru vadīta kodolsintēze ieiet jaunā laikmetā

Saņemot vairāk nekā 3 miljardus USD 2021. gadā no tādiem kā Bils Geitss un Džefs Bezoss, kodolsintēzes izstrādātāji uzstāj, ka šis nulles oglekļa enerģijas avots varētu kļūt par realitāti desmit gadu laikā.

Ir skaidrs, ka kodolsintēze var darboties lielā mērogā — vienkārši paskatieties uz zvaigznēm. 70 gadus fiziķi ir sapņojuši par šīs zvaigžņu enerģijas iepildīšanu kodolsintēzes reaktoru veidā, kas darbinātu elektrotīklu ar tādām pašām neierobežotām bezoglekļa reakcijām, kas liek spīdēt saulei. Šis Svētais Grāls jau sen tiek reklamēts kā tikai 20 vai 30 gadu attālumā, taču kodolsintēzes fani ir atteikušies atteikties no ticības. Un laba iemesla dēļ. Kodolsintēze (ūdeņraža atomu sadalīšana hēlijā) sola neierobežotu nulles oglekļa elektroenerģiju ar nulles kušanas risku un praktiski nekādu radioaktīvo atkritumu, kas saistīts ar esošajām kodolspēkstacijām, kuras darbojas skaldīšanas procesā (urāna atomu sadalīšana mazākos elementos). 

Šis sapnis iedvesmoja Ajay Royan, Mithril Capital līdzdibinātāju (kopā ar miljardieri Pīteru Tīlu), kurš 2013. gadā pirmo reizi ieguldīja 2 miljonus ASV dolāru Redmondā, Vašingtonas štatā, Helion Energy, lai tā varētu izveidot prototipu “atkārtota impulsa jauda”. Kopš tā laika Mithril ir ieguldījis Helionā, tostarp neseno 500 miljonu ASV dolāru apjomā (uzņēmuma vērtība ir 3 miljardi ASV dolāru) — ar solījumu par USD 1.7 miljardiem vairāk, ja uzņēmuma septītais prototips darbosies, kā cerēts. Heliona kārtu vadīja Sems Altmens no Y Combinator. 

2021. gads bija nozīmīgs gan kodolsintēzes finansējumam, gan prognozēm, jo ​​izstrādātāji savāca vairāk nekā 3 miljardus USD, lai finansētu savu nākamo iekārtu kārtu, un dažas tagad sola komerciāli dzīvotspējīgu kodolsintēzi tikai piecu gadu laikā. Rojans priecājas, ka kodolsintēzei tiek pievērsta lielāka uzmanība; "Protams, 2021. gads var būt pagrieziena punkts kodolsintēzes jomā saskaņā ar Google analīzi, taču īstais pagrieziena punkts notika pirms desmit gadiem, kad jaudas elektronika pārsniedza slieksni." 

Izpilddirektors Deivids Kērtlijs skaidro, ka sākotnējais Helion pētniecības un attīstības darbs tika veikts federālajās laboratorijās, no kurām Helion tika izveidota 2013. gadā. Atbrīvots no federālās pētniecības un izstrādes birokrātijas, Helion kopš tā laika ir veidojis jaunus prototipus vienu pēc otra. “Startup mentalitāte nav patīkama, tā ir prasība. un uz ko esam koncentrējušies jau no paša sākuma,” stāsta Kērtlija.

2020. gadā Helion pabeidza savu sesto reaktora prototipu ar nosaukumu Trenta. Pašlaik tiek būvēts septītais Polaris, savukārt jau projektē astoto Antares, kuru Kērtlijs plāno būt par pirmo kodolsintēzes iekārtu, kas patērē vairāk enerģijas, nekā patērē. Līdzās ātrai iterācijai Helion gūst labumu no vietējās pieredzes. Tā tiek būvēta Polaris mašīna Everetā, Vašingtonā, netālu no Boeing lielākajām rūpnīcām, kur tās var izmantot viesmīlīgu līguminženieru un precīzo ražotāju ekosistēmu. Kērtlijs saka, ka viņi rītus pavada, čalojoties, atjauninot sistēmas un ieslēdzot kondensatorus. "Katru pēcpusdienu pulksten 3:XNUMX mēs sākam veikt kodolsintēzi."

Lai saprastu Heliona pieeju, vispirms apsveriet magnētisko atgrūšanos, kas rodas, mēģinot saspiest kopā divu stieņu magnētu pozitīvos polus. Tas ir princips, kas ļauj izmantot "mag-lev" tehnoloģiju, piemēram, Japānas slavenos ložu vilcienus, kas izmanto magnētisko atgrūšanu, lai peldētu uz gaisa spilvena. 

Kodolsintēzes pētnieki gadu desmitiem ilgi ir mēģinājuši izstrādāt pasaulē spēcīgākos elektromagnētus, ar kuriem viņi konstruē reakcijas kameras ar tik spēcīgu magnētisko lauku, lai tās varētu saturēt un saspiest injicētu pozitīvi lādētu protonu plūsmu plazmas lodītē, kas ir tik karsta, ka saplūst hēlijs. 

Heliona jaunajā sistēmā kodolsintēzes reakcijās atbrīvotā enerģija nepārtraukti izspiežas pret tā magnētisko ierobežošanas lauku, kas spiež atpakaļ, izraisot svārstības ("kā virzulis," saka Kērtlijs), kas rada elektrisko strāvu, ko Helions uztver tieši no reaktora. . (Lai uzzinātu vairāk, lasiet par Faradeja indukcijas likumu.) 

Royan of Mithril saka, ka, iespējams, Helion tiešās elektroenerģijas ražošanas metodes lielākā pievilcība ir tās vienkāršība. Citu kodolsintēzes metožu mērķis ir radīt siltumu, lai uzvārītu ūdeni un darbinātu tvaika turbīnas, kas ražo elektrību — tāpat kā tradicionālajās atomelektrostacijās. “Mēs to varam izdarīt bez tvaika turbīnām vai dzesēšanas torņiem. Mēs atbrīvojamies no spēkstacijas. 

Protams, Kērtlijs saprot kodolsintēzes skepsi, īpaši attiecībā uz viņa agresīvo grafiku. Viņš sāka savu karjeru kodolsintēzes jomā, iedvesmojoties no nacionālo laboratoriju zinātniekiem 1960. gadsimta 2008. gados, kuri guva lielus panākumus magnētiskās izolācijas jomā (sacensībās ar Krievijas zinātniekiem, lai izstrādātu virtuļa formas reaktorus, ko sauc par tokamakiem), vēl pirms tranzistoru izgudrošanas. Bet Kērtlijs zaudēja ticību pēc tam, kad tika noteikts agrīnās pieejas, kas vienkārši nevarēja attīstīties pietiekami ātri, lai rastu komerciālu risinājumu, tāpēc viņš sāka strādāt pie uzlabotas kosmosa kuģa piedziņas, izmantojot plazmas strūklas, ko kontrolē elektromagnēti. Viņš atgriezās laukā XNUMX. gadā, lai palīdzētu komercializēt Helion tehnoloģiju. 

Laika gaitā viņš plāno ražot kodolsintēzes ģeneratorus rūpnīcā. 50 mw mēroga sistēma, kas iepakota trīs pārvadāšanas konteinera izmēra vienībās, nodrošinātu 40,000 10 māju. "Pēc XNUMX gadiem mums noteikti būs komerciāla elektrība pārdošanai." 

Tas liek Helionam sacensties ar Bostonā bāzēto Commonwealth Fusion Systems, MIT atzaru, kas piesaistīja 1.8 miljardus USD no investoriem, tostarp Bila Geitsa un Džordža Sorosa. Izpilddirektors Bobs Mumgārds saka, ka pēc 6 gadiem viņiem būs darba reaktors. Viņa optimismu veicina Sadraudzības veiksmīgais vasaras tests jauniem elektromagnētiem, kas konstruēti ar supravadītājiem, kas izgatavoti no retzemju bārija vara oksīda. 

Mumgārds saka, ka šie lieljaudas magnēti ļaus Sadraudzībai pilnveidot savu nedaudz tradicionālāku kodolsintēzes pieeju, veidojot virtuļa formas "tokamaka" reaktoru, ko Mumgārds sauc par "lielo magnētisko pudeli", kurā spēcīgi magnētiskie lauki kontrolē 100 miljonu grādu plazmas bumbiņas. zvaigžņu lietas." 

Visā pasaulē ir aptuveni 150 tokamaku; lielāko no tiem Francijā būvē starptautisks konsorcijs ITER par 30 miljardiem dolāru. 20,000 2035 tonnu smagā mašīna, kas ir basketbola arēnas lielumā, ir plānota līdz XNUMX. gadam. 

Taču Mumgārds plāno, ka Commonwealth Fusion padarīs ITER novecojušu, pirms tas vēl nav pabeigts. Tās mala ir izmantota “augstas temperatūras” supravadītājos, kas izgatavoti no retzemju bārija vara oksīda (aka ReBCO). 

Supravadītāji pārvieto elektrisko strāvu ar praktiski nulles zudumiem (daudz efektīvāk nekā, piemēram, varš). Un tie ir atslēga spēcīgu elektromagnētu izgatavošanai. Sadraudzība ir atklājusi, ka, izgatavojot savus magnētus, izmantojot īpašu bārija vara oksīda lenti (piemēram, VHS kasetē atrodamo lenti), tā var sasniegt magnētiskos laukus, kas ir jaudīgāki nekā tie, kas tiek gaidīti ITER, bet 1/20 no skalas. 

Tā kā ITER primārie magnēti (saukti par solenoīdiem) svērs aptuveni 400 tonnas un sasniegs laukus, kas ir stiprāki par 12 teslām, Sadraudzība skatās uz 15 tonnu magnētiem, katrs izmanto 300 km ReBCO plānslāņa lentes, kas radīs 20 teslas (salīdzinājumam magnētiskās rezonanses attēlveidošanas iekārta nodrošina 1.5 teslas). 

"Tas atbloķē kodolsintēzes iekārtu," saka Mumgārds. CES testēja magnētus pagājušajā vasarā un paziņoja, ka tas ir "pierādījums", ka kodolsintēzes zinātne tagad ir gandrīz pabeigta un atliek tikai uzbūvēt reaktoru. "Mēs labi saprotam materiālu un domājam, ka varam to paveikt trīs gadu laikā," saka Mumgārds. "Līdz 2030. gadam mēs redzēsim kodolsintēzi uz tīkla." 

CES ir paredzēts uzbūvēt savu kodolsintēzes iekārtu 47 akru platībā Masačūsetsā, un tā jau strādā, lai iegūtu tūkstošiem kilometru ReBCO lentes. Vai retzemju metālu pieejamība varētu kļūt par ierobežojošu faktoru kodolsintēzes izvēršanā? Nē, saka Mumgārds. "Kodolsintēzes rūpnīcā būs mazāk retzemju metālu nekā vēja turbīnā. Kodolsintēze nav saistīta ar resursiem, kas jums jāiegūst vai jāpumpē. Tas ir par tehnoloģiju. ” 

Jābūt vietai vairāk nekā vienam kodolsintēzes uzvarētājam. Starp citiem līderiem ir Kanādā bāzētā un Džefa Bezosa atbalstītā kompānija General Fusion, kas šogad savāca 130 miljonus dolāru. Citi ievērojamie kodolsintēzes spēles miljardieri ir Nīls un Lindens Blū, kuriem pieder Sandjego bāzētais General Atomics, kas gadu desmitiem DOE uzdevumā ir vadījis pētniecības tokamaku un kas šogad piegādāja ITER savu tokamaka elektromagnētu pamatus. 1,000 tonnu centrālais solenoīds. Un tur ir Kalifornijas uzņēmums TAE Energy, kas pēdējo desmit gadu laikā ir eksperimentējis ar 1 miljardu USD un pandēmijas laikā savācis 130 miljonus USD.

Kodolsintēzes tehnoloģija, iespējams, ir sākusies valdības finansētās laboratorijās, taču to īstenošanai būs jāpaļaujas uz privāto finansējumu. Eimija Roma, Hogan Lovells partnere Vašingtonā, saka, ka pašlaik neskaidrajā Build Back Better likumprojektā būtu iekļauti 875 miljoni ASV dolāru progresīvai kodolenerģijai, taču šobrīd nozarei būs jāsamierinās ar jaunu modernu reaktoru demonstrācijas biroju saskaņā ar Enerģētikas departaments, ko finansē nesen pieņemtais infrastruktūras likums. Bezoglekļa kodolenerģijas ražošanai būtu noderīgi arī prezidenta Baidena nesenais izpildrīkojums, kas aicina federālās valdības enerģijas iepirkumus līdz 2030. gadam sasniegt līdz nullei. 

Leģendārais tehnoloģiju investors Stīvs Jurvetsons, Commonwealth Fusion atbalstītājs, kurš pirms 25 gadiem uzrakstīja savu pirmo pārbaudi par kodolsintēzes pētniecību, ir gandrīz apmulsis, ka šis ilgi atliktais sapnis drīz varētu kļūt par realitāti. “Kamēr tas nav izdarīts, ir daudz pretēju. Tad viņi saka, ka tas ir acīmredzami. 

Mitrila Rojans saka, ka viņš jau strādā, lai pielāgotu savu sistēmu, lai apsvērtu, cik atšķirīga pasaule izskatīsies, kad kodolsintēze ir reāla — “Padomājiet par ūdens atsāļošanas un mēslojuma ražošanas iespējām. Tas vienas nakts laikā būtiski maina ūdens ekonomiku un līdz ar to arī lauksaimniecības ekonomiku. Viņš saka, ka tas viss ir daļa no cilvēces ceļa, lai "turpinātu pierādīt, ka Maltuss bija idiots". 

VAIRĀK NO FORBIEMJaunā kodolenerģija: kā 600 miljonu dolāru kodolsintēzes enerģijas vienradzis plāno pārspēt saules enerģijuBy Kristofers Helmans
VAIRĀK NO FORBIEMKlusie miljardieri aiz Amerikas drona plēsoņa, kas nogalināja Irānas SoleimaniBy Denizs Čams