Historesch Éischt: Bannen an der National Ignition Facility, wou d'lescht Woch 192 Laserstrahlen e Waasserstoff Brennstoffpellet ausgestrahlt hunn, wat méi Energie ausgestraalt huet wéi se erageholl huet.
Lawrence Livermore National Laboratoire
Nuclear Fusioun ass laang den Hellege Graal vu wierklech propperer Energie. D'Zesummebroch vu Waasserstoffatome versprécht onbegrenzt Elektrizitéit mat Null Kuelestoffemissiounen, e Minimum vu radioaktiven Offall an Null Chance fir katastrofal Schmelz. Awer fir en halleft Joerhonnert Fusiounswëssenschaftler sinn limitéiert duerch d'Kraaft vun hire Laser an d'Stäerkt vun hire Magnéitfelder - ni virdru erausfonnt wéi se méi Energie aus hirem Atomschnëtt mëllen wéi se eraginn. Bis elo.
Haut Wëssenschaftler um National Zündungsanlag op der Lawrence Livermore National Laboratoire (LLNL) a Kalifornien wäert verroden datt am Ufank Dezember, fir d'éischte Kéier, si et fäerdeg bruecht hunn Energiegewënn vu méi wéi 1 z'erreechen - dat heescht, méi Energie gouf aus de Reaktiounen an hirer Deuterium-Tritium Brennstoffkapsel (2,000 Megajoule) emittéiert. wéi war an der enthalen 192 Laser datt si et mat sprengt.
Et ass e groussen Deal, derwäert ze feieren, awer e bësse vun engem virausgesoten Schluss, seet Debra Callahan, e Plasma Physiker, dee viru kuerzem d'LLNL Fusiounsteam verlooss huet fir wëssenschaftlech Direkter beim Startup ze ginn Fokusséiert Energie, déi scho schafft fir d'Approche ze kommerzialiséieren.
Callahan wousst datt LLNL Nettoenergiegewënn géif erreechen nodeems se d'lescht Joer en Energieoutput vun 72% vun hire Laserenergie-Inputen erreecht hunn. "Et ass keng Iwwerraschung fir mech. am Bezug op déi Wee vun de Resultater déi mir gesinn hunn, et géif geschéien," seet si. Si brauche just e bësse méi Laserkraaft. Also wéi funktionnéiert et? Stellt Iech e klengen huel Zylinder aus Gold vir, deen an der Handfläch passt. Dat nennt een hohlraum. Bannen am Hohlraum geet eng kleng Brennstoffkapsel bannenzeg vun deenen Deuterium- an Tritiumatome sinn.
Si benotzen Gold well et an der x-Strahlen hält déi produzéiert gi wann se entweder Enn vun der hohlraum mat 173 vun de mächtegste Laser d'Welt Héichiewe. Callahan seet: "Et ass wéi en Röntgenofen", deen de Brennstoff sou vill kompriméiert datt et implodéiert an d'Fusioun tëscht Atomer am Zentrum vun der Kapsel entzündegt. D'Fusioun propagéiert dann an enger Welle vum Zentrum eraus, emittéiert eng grouss Hëtzt. All dëst geschitt an enger Milliardsten vun enger Sekonn.
An der Inertial Befaaschtungs Approche fir Fusioun, Laserstrahlen sprengen e Pellet mat Waasserstoffisotopen, an entzünden eng Fusiounsreaktioun.
Fokusséiert Energie
Firwat huet Callahan LLNL verlooss wann se um Enn vum Erfolleg waren? Well, seet si, d'National Ignition Facility ass keng Fusiounsmaschinn. Den Hohlraum ass super fir d'Zündung ze demonstréieren, awer et ass net onbedéngt effizient genuch fir eng kontinuéierlech pulséiert Fusioun ze konstruéieren well sou vill Rescht Laserenergie verluer geet beim Erwiermung vum Gold anstatt de Waasserstoffbrennstoff. Also bei Focused Energy (ënnerstëtzt vum Prime Movers Lab an Nei Enterprise Associates) hire Plang ass den Hohlraum ze entwerfen an amplaz eng "direct drive" Approche ze benotzen - d'Laser direkt op eng Brennstoffkapsel sprengen (kuckt Schema).
Si hunn nach net bewisen datt et funktionnéiert, awer de Callahan ass zouversiichtlech datt an e puer Joer hire Pilotprojet en 10x Energiegewënn wäert erreechen. Dat gëtt gefollegt vun enger zweeter Planz déi 30x Gewënn erreecht, gefollegt vun deem wat um Enn vun den 2030er hiren éischte kommerziellen Generator wier, hoffentlech en 100x Energiegewënn erreechen an 10 Brennstoffkapselen all Sekonn sprengen.
Mee do louch eng besonnesch Erausfuerderung. Bei 10 pro Sekonn géif hir Maschinn bal 900,000 Kapselen pro Dag benotzen. Dëst ass net wéi Kuel an en Uewen ze schëppen; all Kapsel muss op exakt Standarden hiergestallt ginn a mat perfekten Timing an d'Maschinn geschoss ginn.
***
Ass dat realistesch? E puer Fusiounskonkurrenten denken dat net. General Fusion ass eng Vancouver, Kanada-baséiert Fusiounsfirma déi gëschter hiren eegene Meilesteen ugekënnegt huet. Seng Approche gëtt magnetiséierter Zilfusioun genannt an ëmfaasst eng Maschinn wou se e Kugel Waasserstoffplasma an d'Maschinn sprëtzen a mächteg Magnete benotze fir se ze halen wärend se mat mechanesche Pistonen anstatt Laser kompriméieren. De CEO Greg Twinney erwaart datt d'Pilotanlag General Fusion a Groussbritannien baut fir Fusioun am Joer 2027 ze demonstréieren, mat kommerziellen Design prett an de fréien 2030er. "Wa mir Neiegkeeten wéi dës gesinn, si mir net iwwerrascht," seet hien. Awer d'LLNL Approche kann net an eng funktionéierend Fusiounsanlag extrapoléiert ginn, dat ass wat General Fusion (ënnerstëtzt vun $ 300 Milliounen vum Jeff Bezos, Shopify
Prototyp Maschinn ënner Entwécklung vum Vancouver-baséiert General Fusion.
Allgemeng Fusioun
D'LLNL Neiegkeeten generéiert eng ähnlech Äntwert vum CEO David Kirtley vu Seattle-baséiert Fusioun Startup helion, ënnerstëtzt vun 600 Milliounen Dollar vun Tech Tycoons Peter Thiel, Sam Altman, Dustin Moskovitz, Reid Hoffman a Jeff Skoll. "Mir sinn opgereegt, datt se hir Wëssenschaft Meilesteen fir hir Maschinn Hit,"Kirtley seet. Awer hie fillt sech net bedroht vun "e Fuerschungsapparat net entwéckelt fir Elektrizitéit ze maachen." Am Géigesaz, ëmfaasst d'Operatioun vun der Helion senger 60-Fouss-laanger Fusiounsmaschinn Plasma Kugelen op all Enn ze sprëtzen, se zesummen an enger 100 Millioune Grad Reaktioun kontrolléiert duerch intensiv Magnéitfelder ze briechen. Am Helion sengem neie System dréckt d'Energie, déi an de Fusiounsreaktiounen fräigelooss gëtt, kontinuéierlech géint säi magnetescht Behälterfeld eraus, wat zréckdréckt - a verursaacht Schwéngungen "wéi e Kolben", seet de Kirtley, déi en elektresche Stroum generéieren, deen den Helion direkt aus dem Reaktor erfaasst. (Fir méi, liest weider Faradays Gesetz vun der Induktioun.)
Helion baut säi 7. Prototyp an designt säin 8., deen de Kirtley hofft deen éischte kommerziellen Fusiounsgenerator wäert sinn - méiglecherweis mam Stroumnetz bis Enn vun dësem Joerzéngt verbonnen, wann alles richteg geet. Hie seet datt Féderalen Nuklearregulatorer ausgesinn fir hir Maschinn un déiselwecht Reegelen ze ënnerwerfen wéi Partikelbeschleuniger an d'Aart vu Bildmaschinen déi an de Spideeler benotzt ginn.
An et gi vill aner Firmen déi am meeschte etabléiert Approche fir Fusioun verfollegen - de tokamak Konzept, an deem Kugelen aus Plasma an eng Reakterkammer injizéiert ginn, geformt wéi en huel Donut, kontrolléiert vu mächtege Magnéitfelder. Commonwealth Fusioun, e MIT Spinoff, probéiert den Tokamak ze perfektionéieren andeems se ultra héich Temperatur Superleitungsmaterialien benotzt, déi de CEO Bob Mumgaard mengt, et erméiglecht hinnen e funktionnéierende Fusiounsapparat bis Enn vum Joerzéngt ze hunn. Datselwecht gëlt fir San Diego-baséiert General Atomics (bekanntst fir d'Predator Drone ze erfannen), deen zënter Joerzéngte en Tokamak fir den Energiedepartement bedreift an eng nei Maschinn designt. GA huet och wuel de mächtegste Magnéit vun der Welt gebaut, den zentrale Solenoid genannt, fir de weltgréisste Fusiounsprojet vun allem, den $30 Milliarden ITER am Bau a Frankräich. Wann déi aner Fusiounsstartups hire Wee hunn, wäert ITER veroudert sinn ier et iwwerhaapt iergendwann d'nächst Joerzéngt fäerdeg ass. Verbreedung seng Spillwette, GA (Besëtz vum Milliardär Neal Blue) huet eng Partnerschaft mam Savannah River National Lab fir Brennstoffpellets fir Laser-baséiert Fusiounsmaschinne wéi LLNR a Focused Energy ze fabrizéieren.
D'Tokamak Approche zur magentescher Fusioun beinhalt e Reaktor geformt wéi en huel Donut ëmgi vu mächtege Magnete.
Fokusséiert Energie
Mat wiem Dir am Fusiounsberäich schwätzt, hir Kritike vu laang etabléierten Atomspaltungsreaktoren sinn déiselwecht. Spaltungsreaktiounen (an deenen grouss Atomer vun beräichert Uran ausernee gebrach ginn) erreeche radioaktiven Offall, dorënner Plutonium a geféierlech Aktiniden, déi bewaffnet kënne ginn. Am Géigesaz zu der Fusioun, déi schwéier ze starten an einfach ze stoppen ass, sinn d'Spaltungsreaktiounen einfach ze starten a schwéier ze stoppen, wat de Risiko vu katastrophale Schmelzen aféieren. Méi nei Designen, wéi de Westinghouse AP 1000 Spaltungsreaktor, am Bau souwuel an den USA a China, hunn passiv Sécherheetsmoossnamen a si quasi Schmelzbeweis.
***
E puer atomar Entrepreneuren mengen datt d'Spärung genuch ass. Bret Kugelmass, Grënner a CEO vun Last Energie, viru fënnef Joer opgestallt fir den effizientesten a wirtschaftlechsten Atomreakter vun der Welt z'entwéckelen. Ier hien sech op seng Approche néiergelooss huet, huet de Kugelmass, elo 36, Honnerte vun Nuklearindustrie Experten interviewt (an d'Gespréicher iwwer säi Titans of Nuclear Podcast) fir déi kollektiv Wäisheet vun der Industrie ze sammelen. Och wann hie Glawen un déi laangfristeg Zukunft vun der Fusioun huet, huet de Kugelmass festgestallt datt déi bescht Wette vun der Welt fir den Iwwergank vu fossille Brennstoffer ewech ze bauen, modulare Spaltungsreaktoren op déi einfachst, bëllegst, sécherst Manéier ze bauen. A senger Fabréck bei Houston fabrizéiert Last Energy elo seng éischt kleng, modulär Drockwaasserreaktoren, déi off-the-shelf Komponenten ausnotzen, iwwer existéierend nuklear Versuergungsketten, mat Technologie déi iwwer Joerzéngte perfektionéiert gouf a méi benotzt gëtt. wéi 300 Reaktoren weltwäit.
Schonn huet Last Energy 10 vun hiren 20-Megawatt Eenheeten un engem Client a Polen verkaaft, zwee méi fir Rumänien, an eng Handvoll fir Groussbritannien. De Kugelmass seet datt seng intellektuell Eegentum net an de bewährte Komponenten ass, mee a wéi se se all zesummesetzen. Hien huet bis elo $ 24 Milliounen gesammelt gefouert vun Gigafund, an erwaart datt déi éischt Reaktoren a Polen am Joer 2025 lafen. Fir d'Maschinnen ze finanzéieren, trëtt Last Energy a laangfristeg Kraaftkaafvertrag, déi Clienten Joerzéngte vun Null-Kuelestoff Atomkraaft versprécht ënner Maartpräisser. "Mir konnten eng wënschenswäert Nisch ausschneiden, déi keen nogaang ass", seet de Kugelmass. "Mir hunn déi ganz Operatioun schwaarz Boxen."
Wéi verlockend wéi d'Fusiounsversprieche ka sinn, wann de Kugelmass säi Wee huet, d'kompetitiv Realitéite vun etabléierten, zouverléissege Spaltung kéint nach säin hippe neie Cousin an d'Dreckskëscht vun heroeschen Tech Flops ofsetzen - erënnert Iech un Betamax, Google Glass an New Coke?
Quell: https://www.forbes.com/sites/christopherhelman/2022/12/13/national-lab-unlocks-nuclear-fusion—true-breakthrough-novelty-act-or-both/