211service.com
Nový přístup k fúzi
General Fusion , startup z Vancouveru v Kanadě, říká, že dokáže postavit prototyp fúzní elektrárny během příští dekády a udělat to za méně než miliardu dolarů. Doposud získala od veřejných a soukromých investorů 13,5 milionu dolarů, aby pomohla nastartovat své ambiciózní úsilí.
Výkonové písty: Reaktor General Fusion je kovová koule s 220 pneumatickými písty navrženými tak, aby současně narážely na jeho povrch. Narážení vytváří akustickou vlnu, která prochází kapalinou olova a lithia a nakonec se zrychluje směrem ke středu do rázové vlny. Rázová vlna stlačí plazmatický cíl, nazývaný sféromak, a spustí fúzní výbuch. Tepelná energie je odebírána pomocí tepelného výměníku a využívána k výrobě páry pro výrobu elektřiny. Aby se vyrobila energie, proces by se opakoval každou sekundu.
Na rozdíl od 14 miliard dolarů ITER Projekt společnosti General Fusion, který probíhá ve Francii, nespoléhá na drahé supravodivé magnety nazývané tokamaky, které by obsahovaly přehřáté plazma nezbytné k dosažení a udržení fúzní reakce. Společnost také nevyžaduje výkonné lasery, jako jsou ty v rámci Národní zapalovací zařízení v Lawrence Livermore National Laboratory, omezit plazmový cíl a komprimovat jej na extrémní teploty, dokud nedojde k fúzi.
Místo toho General Fusion říká, že může dosáhnout čistého zisku – to znamená vytvořit fúzní reakci, která vydá více energie, než je potřeba k jejímu spuštění – pomocí relativně nenáročných technologií, mechanické hrubé síly a pokročilých digitálních řídicích technologií, o kterých se vědcům mohlo jen zdát. před 30 lety.
Může se to zdát nepravděpodobné, ale někteří špičkoví američtí experti na fúzi tvrdí, že přístup General Fusion, který je variací toho, co průmysl nazývá fúze magnetizovaného cíle , je vědecky podložený a mohl by skutečně fungovat. Říká se, že je to běh na dlouhou trať, ale za pokus to stojí.
Fandím jim, říká Ken Fowler , emeritní profesor jaderného inženýrství a fyziky plazmatu na Kalifornské univerzitě v Berkeley a přední odborník na návrhy fúzních reaktorů. Analyzoval přístup a nenašel žádné technické překážky. Možná to tihle kluci zvládnou. Je to opravdu štěstí při losování.
Prototyp reaktoru se bude skládat z kovové koule o průměru asi tři metry obsahující kapalnou směs lithia a olova. Kapalina se otáčí, aby se uvnitř koule vytvořil vír, který tvoří svislou dutinu uprostřed. V tomto bodě jsou do dutiny z horní a spodní části koule vstříknuty dva plazmové prstence ve tvaru koblihy, které drží pohromadě samogenerovaná magnetická pole, nazývaná sféromaky, a spojí se, aby vytvořily cíl ve středu. Představte si to jako foukání kouřových prstenů na sebe, říká Doug Richardson, výkonný ředitel General Fusion.
Na vnější straně kovové koule je 220 pneumaticky ovládaných pístů, z nichž každý je naprogramován tak, aby současně narážel na povrch koule rychlostí 100 metrů za sekundu. Síla pístů vysílá akustickou vlnu přes směs olova a lithia, která se zrychluje na rázovou vlnu, když dosáhne plazmy, která je tvořena izotopy vodíku deuteriem a tritiem.
Pokud vše funguje podle plánu, plazma se okamžitě stlačí a izotopy se sloučí do hélia, čímž se uvolní výbuch neutronů nabitých energií, které jsou zachyceny kapalinou olovo-lithium. Rychlé nahromadění tepla v kapalině bude extrahováno přes tepelný výměník, přičemž polovina se použije k vytvoření páry, která roztáčí turbínu pro výrobu energie, a zbytek se použije k dobití pístů pro další výstřel.
Konečným cílem je vstříknout nový plazmový cíl a každou sekundu vypálit písty, čímž se vytvoří pulzy fúzních reakcí jako součást samoudržujícího procesu. To je v kontrastu s ITER, jehož cílem je vytvořit jedinou fúzní reakci, která se dokáže sama udržet. Jedním z velkých rizik projektu je, že nikdo předtím nestlačil sféromaky do podmínek souvisejících s fúzí, říká Richardson. Není důvod, proč by to nefungovalo, ale nikdo to nikdy neprokázal.
Říká, že to vypadá déle, než se čekalo získat peníze pro prototypový projekt, ale společnost již nyní může zahájit první fázi výstavby testovacího reaktoru, včetně vývoje 3D simulací a technického ověření komponent. General Fusion si klade za cíl dokončit reaktor a prokázat čistý zisk do pěti let, za předpokladu, že může získat dalších 37 milionů dolarů.
Pokud bude úspěšná, věří, že dokáže postavit fúzní reaktor schopný sítě s výkonem 100 megawattů o čtyři roky později za zhruba 500 milionů dolarů, čímž překoná ITER o zhruba 20 let a za zlomek nákladů.
Obvykle nechám tyto svérázné nápady, které mi projdou, ale tento mě opravdu fascinoval, říká Fowler. Poznamenává, že existují obrovské výzvy, které je třeba překonat, ale kultura soukromého startupu může být tím, co je zapotřebí k tomu, aby se s nimi vypořádal s pocitem naléhavosti. Ve velkých programech, zejména v těch fúzních, byli lidé tak zbiti, že se stali tak averzí k riziku.
Základní přístup General Fusion není úplně nový. Staví na práci provedené v 80. letech 20. století U.S. Naval Research Laboratory, založenou na konceptu zvaném Linus. Problém byl v tom, že vědci nedokázali přijít na dostatečně rychlý způsob, jak komprimovat plazmu dříve, než ztratí své magnetické omezení ve tvaru koblihy, což je okno příležitosti měřené v milisekundách. Stejně jako kouřové prstence si i plazmové prstence udržují svůj tvar pouze na okamžik, než se rozptýlí.
Gigant pro jaderný výzkum General Atomics později přišel s myšlenkou rychlého stlačování plazmatu pomocí mechanického pěchování, které vytváří akustické vlny. Ale společnost to nikdy nedodržela – pravděpodobně proto, že technologie pro přesné řízení rychlosti a současného spouštění pístů stlačeného vzduchu před dvěma desetiletími prostě neexistovala.
Richardson říká, že vysokorychlostní digitální zpracování je dnes snadno dostupné a posláním General Fusion v příštích dvou až čtyřech letech je dokázat, že to dokáže. Před vybudováním plně funkčního reaktoru s 220 písty na kovové kouli společnost nejprve ověří, že menší kroužky 24 pístů lze synchronizovat tak, aby narážely na vnější kovový plášť.
Glen Were , programový manažer věd o energii z jaderné syntézy v Los Alamos National Laboratory a odborník na fúzi magnetizovaných cílů, říká, že General Fusion má před sebou náročnou cestu a mnoho otázek, na které je třeba definitivně odpovědět. Mohou produkovat sféromaky se správnou hustotou, teplotou a délkou života? Mohou vstříknout dva sféromaky do opačných konců vírové dutiny a zajistit, aby se srazily a spojily? Budou akustické vlny procházet tekutým kovem rovnoměrně?
Pomocí simulací toho můžete udělat hodně, ale ne všechno, říká Wurden. To vše je velmi komplexní, nejmodernější práce. Problém je, že se potýkáte s různými časovými měřítky a různými vlivy na materiály, když jsou vystaveny rázovým vlnám.
Los Alamos a General Fusion spolupracují v rámci nedávno podepsaného dohoda o výzkumu . Ale Richardson neplánuje hladkou jízdu. Projekt má mnoho rizik, říká, a očekáváme, že většina z nich nebude fungovat přesně podle očekávání. Pokud se však společnosti podaří stáhnout svůj testovací reaktor, doufá, že přitáhne dostatek pozornosti, aby snadno získala 500 milionů dolarů na demonstrační elektrárnu.
Říká Fowler, Zázraky se dějí.