Подхранван от милиардери, ядреният синтез навлиза в нова ера

След като събраха повече от 3 милиарда долара през 2021 г. от такива като Бил Гейтс и Джеф Безос, разработчиците на термоядрен синтез настояват, че този енергиен източник с нулев въглерод може да стане реалност до десетилетие.

Ясно е, че ядреният синтез може да работи в мащаб - просто погледнете звездите. В продължение на 70 години физиците са мечтали да бутилират тази звездна мощност под формата на термоядрен реактори, които ще захранват електрическата мрежа със същите неограничени реакции с нулев въглерод, които карат слънцето да грее. Този Свети Граал отдавна се рекламира като само 20 или 30 години, но феновете на синтеза отказаха да се откажат от вярата. И с добра причина. Синтезът (разбиване на водородни атоми в хелий) обещава неограничена електрическа енергия с нулев въглерод с нулев риск от стопяване и практически никакви радиоактивни отпадъци, свързани със съществуващите ядрени електроцентрали, които работят на делене (разделяне на атомите на уран на по-малки елементи). 

Мечтата вдъхнови Аджай Роян, съосновател на Mithril Capital (заедно с милиардера Питър Тийл), който през 2013 г. за първи път инвестира 2 милиона долара в базираната в Редмънд, Вашингтон Helion Energy, за да може да изгради прототип на машина с „повтаряща се импулсна мощност“. Оттогава Mithril инвестира в Helion, включително неотдавнашния му кръг от 500 милиона долара (оценяващ компанията на 3 милиарда долара) - с обещанието за още 1.7 милиарда долара, ако седмият прототип на компанията заработи според очакванията. Кръгът на Helion беше воден от Сам Алтман от Y Combinator. 

2021 година беше голяма както за финансирането на синтеза, така и за прогнозите, тъй като разработчиците събраха повече от 3 милиарда долара, за да финансират следващия си кръг от машини – като някои сега обещават търговски жизнеспособен синтез само за пет години. Роян е щастлив да види, че синтезът получава повече внимание; „Разбира се, че 2021 г. може да бъде повратна точка за синтеза според анализите на Google, но истинският повратен момент се случи преди десетилетие, когато силовата електроника премина прага. 

Главният изпълнителен директор Дейвид Къртли обяснява, че първоначалната научноизследователска и развойна дейност зад Helion е била извършена във федерални лаборатории, от които Helion е отделен през 2013 г. Освободен от федералната бюрокрация за научноизследователска и развойна дейност, Helion изгражда нови прототипи един след друг оттогава. „Манталитетът при стартиране не е хубаво да имаш, това е изискване. и това, върху което сме се фокусирали от самото начало“, казва Къртли.

През 2020 г. Helion завърши шестия си прототип на реактора, наречен Trenta. Сега изгражда седмия, Polaris, докато вече проектира осмия, Antares, който Къртли възнамерява да бъде първата термоядрена машина, която някога ще отделя повече енергия, отколкото поема. Наред с бързата итерация, Helion се възползва от местния опит. Изгражда машината Polaris в Еверет, Вашингтон, близо до най-големите фабрики на Boeing, където могат да се възползват от гостоприемна екосистема от инженери по договор и производители на прецизност. Къртли казва, че прекарват сутрините в бърникане, актуализиране на системи и захранване на кондензатори. „Всеки следобед в 3 часа започваме да правим синтез.”

За да разберете подхода на Хелион, първо помислете за магнитното отблъскване, което се получава, когато се опитате да съберете заедно положителните полюса на два магнита. Това е принципът, който позволява технологията „mag-lev“ като известните японски влакове с куршуми, които използват магнитно отблъскване, за да плуват върху въздушна възглавница. 

Изследователите на синтеза от десетилетия се стремят да създадат най-силните електромагнити в света, с които създават реакционни камери с толкова силни магнитни полета, че могат да съдържат и компресират инжектиран поток от положително заредени протони в топка плазма, толкова гореща, че да се слеят в хелий. 

В новата система на Хелион енергията, освободена в реакциите на синтез, непрекъснато се изтласква срещу своето магнитно задържащо поле, което се изтласква назад - причинявайки трептения („като бутало“, казва Къртли), които генерират електрически ток, който Хелион улавя директно от реактора. . (За повече, прочетете закона за индукция на Фарадей.) 

Роян от Митрил казва, че може би най-голямата атракция на метода за директно производство на електроенергия на Helion е неговата простота. Други подходи за синтез имат за цел да генерират топлина, за да кипят вода и да захранват парни турбини, които произвеждат електричество - като в традиционните атомни електроцентрали. „Можем да го направим без парни турбини или охладителни кули. Ще се отървем от електроцентралата.” 

Разбира се, Къртли разбира скептицизма относно синтеза, особено по отношение на агресивния му график. Той започва кариерата си в областта на термоядрения синтез, вдъхновен от учени от национални лаборатории през 1960-те години на миналия век, които постигнаха голям напредък в магнитното задържане (състезавайки се с руски учени за разработването на реактори с форма на понички, наречени токамаци) още преди изобретяването на транзисторите. Но Къртли загуби вяра, след като определи ранните подходи, просто не можа да се развие достатъчно бързо, за да даде търговско решение - така че той отиде да работи върху усъвършенствано задвижване на космически кораби, използвайки плазмени струи, контролирани от електромагнити. Той се върна на полето през 2008 г., за да помогне за комерсиализирането на технологията на Helion. 

След време той предвижда производство на термоядрени генератори във фабрика. 50 mw мащабна система, опакована в три единици с размер на корабен контейнер, би захранвала 40,000 10 домове. „След XNUMX години със сигурност ще имаме търговско електричество за продажба.“ 

Това поставя Helion в надпревара с базираната в Бостън Commonwealth Fusion Systems, спиноф на MIT, който събра 1.8 милиарда долара от инвеститори, включително Бил Гейтс и Джордж Сорос. Главният изпълнителен директор Боб Мумгаард казва, че ще имат работещ реактор след 6 години. Оптимизмът му е подсилен от успешния летен тест на Commonwealth на нови електромагнити, проектирани със свръхпроводници, направени от редкоземен бариев меден оксид. 

Мумгаард казва, че тези супер задвижвани магнити ще позволят на Commonwealth да усъвършенства своя малко по-традиционен ядрен подход за изграждане на реактор „токамак“ с форма на поничка, който Мумгаард нарича „голяма магнитна бутилка“, където мощни магнитни полета контролират топки от 100 милиона градуса плазма — „ звездни неща." 

Има около 150 токамака по целия свят; най-големият се строи във Франция за 30 милиарда долара от международен консорциум, наречен ITER. 20,000 2035-тонната машина, с размерите на баскетболна арена, трябва да бъде завършена до XNUMX г. 

Но Mumgaard възнамерява Commonwealth Fusion да направи ITER остарял, преди дори да е завършен. Неговият ръб е в приложението на „високотемпературни“ свръхпроводници, направени с редкоземен бариев меден оксид (известен още като ReBCO). 

Свръхпроводниците преместват електрически ток с практически нулеви загуби (много по-ефективно от медта, например). И те са ключови за създаването на мощни електромагнити. Commonwealth установи, че като прави магнитите си с помощта на специална лента от бариев меден оксид (като лентата, намираща се в VHS касета), може да постигне магнитни полета, по-мощни от тези, очаквани в ITER, но на 1/20 от мащаба. 

Докато основните магнити на ITER (наречени соленоиди) ще тежат около 400 тона и ще постигат полета по-силни от 12 тесла, Commonwealth разглежда 15-тонни магнити, всеки използвайки 300 км тънкослойна лента ReBCO, които ще генерират 20 тесла (за сравнение, машината за магнитен резонанс прави 1.5 тесла). 

„Това отключва машината за синтез“, казва Мумгаард. CES тества магнитите миналото лято и го обяви за „доказателство“, че науката за синтеза вече е почти завършена и всичко, което остава, е да се построи реакторът. „Ние разбираме материала добре и смятаме, че можем да направим това за три години“, казва Мумгаард. „До 2030 г. ще видим синтез в мрежата. 

CES е готова да построи своята машина за синтез на 47 акра място в Масачузетс и вече работи за доставяне на хиляди километри лента ReBCO. Може ли наличието на рядкоземни елементи да се превърне в ограничаващ фактор за разпространението на синтеза? Не казва Мумгаард. „Една термоядрена централа ще има по-малко редкоземни елементи от вятърната турбина. Fusion не е за ресурс, който трябва да копаете или изпомпвате. Става дума за технология." 

Трябва да има място за повече от един победител в синтеза. Други лидери включват General Fusion, базиран в Канада и подкрепен от Джеф Безос, който събра 130 милиона долара тази година. Други забележителни милиардери в играта за синтез са Нийл и Линден Блу, които притежават базираната в Сан Диего General Atomics, която от десетилетия управлява изследователски токамак от името на DOE и която тази година достави на ITER вътрешностите на своите електромагнити токамак – 1,000-тонен централен соленоид. Има и TAE Energy of California, която експериментира с 1 милиард долара през последното десетилетие и събра 130 милиона долара по време на пандемията.

Fusion технологията може да е започнала в финансирани от правителството лаборатории, но нейното реализиране ще трябва да разчита на частно финансиране. Ейми Рома, партньор в Hogan Lovells във Вашингтон, окръг Колумбия, казва, че сега в неизвестност законопроектът Build Back Better би включвал 875 милиона долара за усъвършенствана ядрена енергия, но засега индустрията ще трябва да се задоволи с нов офис за демонстрация на усъвършенствани реактори в рамките на Министерство на енергетиката, финансирано от скорошния Закон за инфраструктурата. Ядрената енергия с нулев въглерод също ще се възползва от неотдавнашната изпълнителна заповед на президента Байдън, която призовава енергийните покупки на федералното правителство да бъдат „нетни нула“ до 2030 г. 

Легендарният технологичен инвеститор Стив Джърветсън, поддръжник на Commonwealth Fusion, който написа първия си чек за изследвания на термоядрения синтез преди 25 години, е почти замаян, че тази дълго отлагана мечта може скоро да стане реалност. „Има много скептици, докато не се свърши. Тогава те казват, че е очевидно." 

Роян от Mithril казва, че вече работи за коригиране на рамката си, за да обмисли колко различно ще изглежда светът, когато синтезът е реален – „Помислете за възможностите за обезсоляване на вода и производство на торове. Това фундаментално променя икономиката на водата за една нощ, а оттам и икономиката на селското стопанство." Всичко това е част от пътя на човечеството, казва той, „да продължава да доказва, че Малтус е бил идиот“. 

ПОВЕЧЕ ОТ ФОРБИНовата ядрена енергия: Как Unicorn за 600 милиона долара от синтезирана енергия планира да победи слънчеватаBy Кристофър Хелман
ПОВЕЧЕ ОТ ФОРБИТихите милиардери зад американския дрон Predator, който уби иранския СолейманиBy Дениз Чам