Үндэсний лаборатори нь цөмийн хайлалтыг нээв - жинхэнэ нээлт, шинэлэг хууль, эсвэл хоёулаа?

NЦөмийн нэгдэл нь жинхэнэ цэвэр энергийн Ариун Граил байсаар ирсэн. Устөрөгчийн атомуудыг эвдэх нь нүүрстөрөгчийн ялгаралгүй, цацраг идэвхт хаягдал бага, сүйрлийн хайлах магадлал байхгүй хязгааргүй цахилгааныг амлаж байна. Гэвч хагас зуун жилийн турш хайлуулах эрдэмтэд лазерын хүч, соронзон орныхоо хүчээр хязгаарлагдаж ирсэн бөгөөд урьд өмнө хэзээ ч атомын бутралд оруулсан энергиээсээ илүү их энергийг хэрхэн гаргаж авах талаар бодож байгаагүй. Одоог хүртэл.

Өнөөдөр эрдэмтэд Үндэсний гал асаах байгууламж үед Lawrence Livermore National Laboratory Калифорни дахь (LLNL) 1-р сарын эхээр тэд анх удаагаа 2,000-ээс дээш эрчим хүчний өсөлтийг бий болгож чадсан, өөрөөр хэлбэл тэдний дейтерий-тритий түлшний капсул (XNUMX мегажоуль) доторх урвалаас илүү их энерги ялгарсан болохыг харуулах болно. -д агуулагдаж байснаас илүү 192 лазер Тэд үүнийг тэсэлсэн.

LLNL-ийн хайлуулах багаас саяхан гараад шинжлэх ухааны захирал болсон плазмын физикч Дебра Каллахан хэлэхдээ, энэ бол маш том, тэмдэглэх нь зүйтэй, гэхдээ зарим талаар урьдчилан тооцоолсон дүгнэлт юм. Төвлөрсөн эрчим хүч, аль хэдийн арга барилыг арилжааны болгохоор ажиллаж байна.

Өнгөрсөн жил LLNL нь лазерын эрчим хүчний хэрэглээнийхээ 72%-ийн эрчим хүчний гаралтад хүрсний дараа эрчим хүчний цэвэр ашиг хүртэнэ гэдгийг Каллахан мэдэж байсан. “Энэ миний хувьд гэнэтийн зүйл биш. өгсөн бидний харж байсан үр дүнгийн зам, энэ нь болох байсан" гэж тэр хэлэв. Тэдэнд арай илүү лазерын хүч хэрэгтэй байсан. Тэгэхээр яаж ажилладаг вэ? Таны гарын алганд багтах алтаар хийсэн бяцхан хөндий цилиндрийг төсөөлөөд үз дээ. Үүнийг нь гэдэг hohlraum. Хохраум дотор жижиг түлшний капсул байдаг бөгөөд дотор нь дейтерий, тритий атомууд байдаг.

Тэд алтыг дэлхийн хамгийн хүчирхэг 173 лазераар холраумын хоёр үзүүрт тэсрэх үед үүссэн рентген туяанд шингээдэг учраас ашигладаг. Каллахан хэлэхдээ, "Энэ бол рентген зуух шиг" бөгөөд түлшийг маш их шахаж, дэлбэрч, капсулын төвд атомуудын хооронд нэгдэл үүсгэдэг. Дараа нь нэгдэл нь төвөөс долгион хэлбэрээр тархаж, гайхалтай дулаан ялгаруулдаг. Энэ бүхэн секундын нэг тэрбумын дотор болдог.

Амжилтын босгон дээр байхдаа Каллахан яагаад LLNL-ийг орхисон бэ? Учир нь тэрээр хэлэхдээ, Үндэсний гал асаах байгууламж нь хайлуулах машин биш юм. Hohlraum нь гал асаахыг харуулахад маш сайн боловч тасралтгүй импульс хайлуулах инженерчлэлийн хувьд хангалттай үр дүнтэй байх албагүй, учир нь устөрөгчийн түлш биш харин алтыг халаахад лазерын маш их үлдэгдэл энерги алдагддаг. Тиймээс Focused Energy дээр (дэмжлэгтэй Prime Movers Lab болон Шинэ Enterprise Associates) тэдний төлөвлөгөө бол hohlraum-ыг хаяж оронд нь "шууд хөтөч" аргыг ашиглах явдал юм - лазерыг түлшний капсул дээр шууд тэслэх (схемийг харна уу).

Тэд энэ нь ажиллаж байгааг хараахан харуулж амжаагүй байгаа ч Каллахан хэдхэн жилийн дараа туршилтын төсөл нь эрчим хүчний 10 дахин их ашиг авчирна гэдэгт итгэлтэй байна. Үүний дараа хоёр дахь үйлдвэр нь 30 дахин их ашиг олж, дараа нь 2030-аад оны сүүлээр 100 дахин эрчим хүч нэмэгдүүлж, секунд тутамд 10 түлшний капсулыг дэлбэлж байгаа анхны арилжааны үүсгүүр болох юм.

Гэхдээ үүнд онцгой сорилт тулгарч байна. Тэдний машин секундэд 10 хурдтайгаар өдөрт бараг 900,000 капсул хэрэглэх болно. Энэ нь нүүрсийг зуух руу шатаахтай адил биш юм; капсул бүрийг нарийн стандартын дагуу үйлдвэрлэж, төгс цаг хугацаатайгаар машинд буулгах шаардлагатай.

***

Энэ бодитой юу? Зарим fusion өрсөлдөгчид тэгж бодохгүй байна. General Fusion бол Канадын Ванкуверт төвтэй фьюжинг компани бөгөөд өчигдөр өөрийн чухал үе шатаа зарлалаа. Үүний арга барилыг соронзлогдсон зорилтот хайлуулах гэж нэрлэдэг бөгөөд тэдгээр нь машинд устөрөгчийн плазмын бөмбөгийг шахаж, лазераас илүү механик поршений тусламжтайгаар шахаж байх үед хүчирхэг соронзыг ашигладаг. Гүйцэтгэх захирал Грег Твинни Их Британид General Fusion-ийн барьж буй туршилтын үйлдвэр нь 2027 онд хайлуулж, 2030-аад оны эхээр арилжааны дизайн бэлэн болно гэж найдаж байна. "Бид ийм мэдээ хараад гайхах зүйл алга" гэж тэр хэлэв. Гэхдээ LLNL-ийн арга барилыг ажиллаж байгаа хайлуулах үйлдвэрт шилжүүлэх боломжгүй бөгөөд үүнийг General Fusion (Jeff Bezos, Shopify-аас 300 сая доллараар дэмжсэн) юм.SHOP
Гүйцэтгэх захирал Тобиас Лутке, Темасек нар) эхнээсээ хийхээр зорьсон. "Бидний хийж буй бүх зүйл арилжааны цахилгаан станцад чиглэгддэг" гэж тэр хэлэв. "Хэрэв энэ нь шинжлэх ухааны туршилтанд ажилладаг ч арилжааны биш бол бид үүнийг сонирхохгүй."

LLNL-ийн мэдээ нь Сиэтл хотод төвтэй фьюжн стартапын гүйцэтгэх захирал Дэвид Көртлигийн ижил төстэй хариултыг бий болгосон. Хэлион, Технологийн магнат Питер Тиел, Сэм Алтман, Дастин Московиц, Рейд Хоффман, Жефф Сколл нараас 600 сая долларын дэмжлэг үзүүлсэн. "Тэд машиндаа шинжлэх ухааны амжилтаа ахиулсандаа бид баяртай байна" гэж Көртли хэлэв. Гэхдээ түүнд "цахилгаан гүйдэл хийхээр төлөвлөөгүй судалгааны төхөөрөмж" заналхийлдэггүй. Үүний эсрэгээр, Helion-ийн 60 футын урт хайлуулах машины ажиллагаа нь плазмын бөмбөлгийг хоёр талдаа шахаж, хүчтэй соронзон орны удирддаг 100 сая градусын урвалд нэгтгэдэг. Helion-ийн шинэ системд хайлуулах урвалын үед ялгардаг энерги нь түүний соронзон хязгаарлах талбайн эсрэг тасралтгүй түлхэж, энэ нь буцаж түлхэгддэг бөгөөд энэ нь "поршений адил" хэлбэлзлийг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь цахилгаан гүйдэл үүсгэдэг гэж Кертли хэлэхдээ Helion реактороос шууд авдаг. (Дэлгэрэнгүйг уншина уу Фарадейгийн индукцийн хууль.)

Helion 7 дахь загвараа бүтээж, 8 дахь загвараа боловсруулж байгаа бөгөөд хэрэв бүх зүйл зөв болвол энэ арван жилийн эцэс гэхэд эрчим хүчний сүлжээнд холбогдож магадгүй гэж Кертли хамгийн анхны арилжааны хайлуулах генератор болно гэж найдаж байна. Түүний хэлснээр, холбооны цөмийн зохицуулагчид эмнэлгүүдэд ашигладаг бөөмийн хурдасгуур болон дүрс оношилгооны машинтай ижил дүрэм журмыг дагаж мөрдөхөөр төлөвлөж байна.

Мөн хайлуулах хамгийн тогтсон арга барилыг баримталдаг бусад олон компаниуд байдаг токамак Хүчирхэг соронзон орны удирддаг хөндий гурилан бүтээгдэхүүн шиг хэлбэртэй реакторын камерт плазмын бөмбөлөг шахдаг үзэл баримтлал. Хамтын нөхөрлөлийн нэгдэлMIT-ийн салбар компани нь хэт өндөр температурт хэт дамжуулагч материалыг ашиглан токамакийг төгс болгохыг эрэлхийлж байгаа бөгөөд гүйцэтгэх захирал Боб Мумгаардын үзэж байгаагаар арван жилийн эцэс гэхэд хайлуулах төхөөрөмжтэй болно. Сан Диегод байрладаг General Atomics (хамгийн сайн мэддэг Predator дрон зохион бүтээснийхээ төлөө), Эрчим хүчний яаманд хэдэн арван жилийн турш токамак ажиллуулж, шинэ машин зохион бүтээж байна. GA нь мөн дэлхийн хамгийн том хайлуулах төсөл болох төвийн соленоид гэж нэрлэгддэг дэлхийн хамгийн хүчирхэг соронзыг бүтээжээ. 30 тэрбум доллар ITER Францад баригдаж байна. Хэрэв бусад fusion стартапууд өөрийн гэсэн арга барилтай бол ITER дараагийн арван жилд дуусахаас өмнө хуучирна. GA (тэрбумтан Неал Блюгийн эзэмшдэг) нь LLNR, Focused Energy зэрэг лазер дээр суурилсан хайлуулах машинуудад түлшний үрэл үйлдвэрлэх зорилгоор Саванна голын үндэсний лабораторитой хамтран ажиллаж байна.

Та хайлуулах талбарт хэнтэй ч ярилцсан бай, тэдний олон жилийн турш байгуулагдсан цөмийн задралын реакторыг шүүмжилдэг. Явах урвал (баяжуулсан ураны том атомууд хуваагдах) нь зэвсгийн зориулалттай плутони, аюултай актинид зэрэг цацраг идэвхт хаягдлыг үүсгэдэг. Эхлэхэд хэцүү, зогсооход хялбар хайлуулах урвалаас ялгаатай нь задралын урвал нь эхлэхэд хялбар, зогсооход хэцүү байдаг нь сүйрлийн хайлах эрсдэлийг бий болгодог. гэх мэт шинэ загварууд Westinghouse AP1000 АНУ болон БНХАУ-д баригдаж буй задралын реактор нь аюулгүй байдлын идэвхгүй арга хэмжээнүүдийг агуулсан бөгөөд бараг хайлдаггүй.

***

Зарим атомын бизнес эрхлэгчид хуваагдлыг хангалттай гэж үздэг. Брет Кугелмас, үүсгэн байгуулагч, гүйцэтгэх захирал Сүүлийн эрчим хүч, дэлхийн хамгийн үр ашигтай, хэмнэлттэй цөмийн реакторыг зохион бүтээхээр таван жилийн өмнө эхэлсэн. Өдгөө 36 настай Кугелмасс арга барилаа шийдэхээсээ өмнө цөмийн салбарын олон зуун мэргэжилтнүүдтэй ярилцлага хийсэн (мөн яриа хэлэлцээг өөрийн Титанууд цөмийн подкаст) салбарын хамтын ухааныг цуглуулах. Кугелмасс хайлуулахын урт хугацааны ирээдүйд итгэлтэй байгаа ч чулуужсан түлшнээс ангижрах дэлхийн хамгийн сайн бооцоо бол модуль хуваагдах реакторыг хамгийн энгийн, хямд, аюулгүй аргаар барих явдал гэдгийг тодорхойлсон. Last Energy нь Хьюстоны ойролцоох үйлдвэртээ одоо байгаа цөмийн нийлүүлэлтийн сүлжээгээр дамжуулан бэлэн болсон эд ангиудыг ашигладаг анхны жижиг, модульчлагдсан даралтат усан реакторуудыг олон арван жилийн турш сайжруулсан технологиор үйлдвэрлэж байна. Дэлхий даяар 300 гаруй реактор .

Last Energy аль хэдийн 10 мегаваттын хүчин чадалтай 20 нэгжийг Польш дахь хэрэглэгчдэд, хоёрыг нь Румынд, цөөхөн хэсгийг нь Их Британид худалдсан. Кугелмасс хэлэхдээ, түүний оюуны өмч нь батлагдсан бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд биш, харин бүгдийг хэрхэн нэгтгэх вэ гэдэгт байдаг. Тэр одоог хүртэл 24 сая доллар цуглуулаад байна Гигафонд, мөн Польш дахь анхны реакторуудыг 2025 онд ажиллуулна гэж найдаж байна. Машинуудыг санхүүжүүлэхийн тулд Last Energy нь урт хугацааны эрчим хүч худалдан авах гэрээ байгуулж, олон арван жилийн турш нүүрстөрөгчгүй цөмийн эрчим хүчийг зах зээлийн үнээс доогуур үнээр амлаж байна. Кугелмасс "Бид хэн ч хөөцөлдөж байгаагүй тийм сайхан газрыг сийлж чадсан" гэж хэлэв. "Бид бүх үйл ажиллагааг хар хайрцагт хийсэн."

Fusion амлалт нь сэтгэл татам хэдий ч, хэрэв Кугелмасс найдвартай хуваагдал нь тогтсон өрсөлдөөний бодит байдалд нийцэж байвал шинэ үеэлээ баатарлаг технологийн флопуудын хогийн сав руу шилжүүлж чадна - Betamax, Google Glass, New Coke-г санаж байна уу?

МӨНГӨ ОРУУЛАЛТЫН НЭГТэрбумтан доллараар тэжээгдэж, цөмийн нэгдэл шинэ эринд орж байнаBy Кристофер ХелманМӨНГӨ ОРУУЛАЛТЫН НЭГШинэ цөмийн: 600 сая долларын өртөгтэй Fusion Energy Unicorn нарны эрчим хүчийг хэрхэн ялах төлөвлөгөөтэй байнаBy Кристофер ХелманМӨНГӨ ОРУУЛАЛТЫН НЭГИраны Солейманигийн амийг хөнөөсөн Америкийн махчин нисгэгчгүй онгоцны ард байгаа чимээгүй тэрбумтнуудBy Дениз Чам