لدي فهم شامل إلى حد بعيد للتحديات الضخمة اللازمة لإنشاء طاقة اندماج نووي تجارية. هذا هو السبب في أنني أكثر تفاؤلاً بشأن الانشطار النووي الملح المصهور. أحاول شرح ذلك في مقطعي فيديو. ومع ذلك ، هذا موضوع معقد. سأحاول أن أصرح هنا بوضوح وإيجاز قدر الإمكان.
إلى أي مدى بعيد في الاندماج النووي التجاري؟
أعتقد أن الاختراقات التكنولوجية لا تزال مطلوبة. هيمنت العقود الأخيرة من العمل على الاندماج النووي من قبل مشاريع Tokomak (ITER و JET و Tokomak الكوري الجنوبي و Tokomak الصيني). توكوماك يحمل بلازما الاندماج النووي في مجال مغناطيسي على شكل دونات. يستغرق الأمر سنوات حتى تتراكم المشاريع حتى تصل إلى محاولات إنشاء اندماج لبضع ثوانٍ ، ويكون الاندماج تقريبًا 1000 مرة بعيدًا عن صافي الطاقة الحقيقية.
هناك طرق عديدة لمحاولة تطوير الاندماج النووي لتوليد الطاقة. قيمة واحدة يبدأ لتخبرنا عن مدى قرب تجربة الاندماج من صافي الطاقة: منتج الاندماج الثلاثي. المنتج الثلاثي هو نتاج ثلاث سمات لبلازما الاندماج:
n كثافة الأيونات في البلازما (أيونات / متر مكعب)
T درجة حرارة تلك الأيونات (keV2)
τE وقت حبس الطاقة (ثوان)
تفاعل الاندماج مع أدنى حد للمنتج الثلاثي (المعروف أيضًا باسم الأكثر قابلية للتحقيق) هو اندماج الديوتيريوم والتريتيوم (DT) ، وهما نظيران للهيدروجين. سيكون لمحطة توليد الطاقة الاندماجية التي تعمل بوقود DT منتج ثلاثي يبلغ حوالي 5 × 10 ^ 21 م -3 كيلو فولت أو أكثر. هناك العديد من المتطلبات الأخرى لمحطة طاقة مجدية تجاريًا لكن المنتج الثلاثي هو الحد الأدنى من المعالم التقنية.
من الخصائص الرائعة للمنتج الثلاثي أنه مستقل عن المخطط المعين المستخدم لإنشاء بلازما الاندماج بحيث يمكن استخدامه لمقارنة الأداء عبر أنواع مختلفة من مناهج الاندماج. إنها كمية ذات مغزى في مخططات الحبس المغناطيسي (tokamaks ، stellarators) ، ومخططات الحبس بالقصور الذاتي (اندماج الليزر) ، ومخططات القصور الذاتي (MagLIF ، ضغط FRCs).
تعمل تجربة مفاعل JET (Torus الأوروبي المشترك) الذي تبلغ تكلفته عدة مليارات منذ عقود. أعتقد أنه كان حوالي 100 مليون يورو سنويًا أو أكثر لتمويله. في مارس 2019 ، وقعت حكومة المملكة المتحدة والمفوضية الأوروبية على تمديد عقد JET. هذا يضمن عمليات JET حتى نهاية عام 2024 بغض النظر عن حالة خروج بريطانيا من الاتحاد الأوروبي. في ديسمبر 2020 ، بدأت ترقية JET باستخدام التريتيوم ، كجزء من مساهمتها في ITER. في 21 ديسمبر 2021 ، أنتجت JET 59 ميغا جول باستخدام وقود الديوتيريوم-التريتيوم مع الحفاظ على الاندماج خلال نبضة مدتها خمس ثوانٍ ، متجاوزة الرقم القياسي السابق البالغ 21.7 ميغا جول مع Q = 0.33 ، الذي تم تسجيله في عام 1997. يشير ستيفن كريفيت إلى أنها استهلكت حوالي 700 ميغاواط من الطاقة. الكهرباء لإنتاج 59 ميغا جول خلال خمس ثوان. Q = 0.33 هو 33٪ من الطاقة داخل وخارج البلازما. 700 ميغاواط لتشغيل هذا لمدة خمس ثوانٍ سيكون حوالي 3.5 مليار جول للحصول على 59 ميغا جول من البلازما. تكون طاقة الجدار أقل بحوالي 60 مرة ومن ثم يجب إعادة الطاقة الخارجة من البلازما إلى كهرباء. هذا يذهب إلى الشخصيات الأكثر صدقًا من LPP fusion. تبلغ تجارب الطاقة الاندماجية ألف جزء من المائة في إجمالي الكهرباء المنفصلة مقابل الكهرباء في الداخل.
العالم يحتوي فقط على 25 طنًا من التريتيوم. لا يحدث بشكل طبيعي. يحتاج مفاعل الاندماج DT (الديوتيريوم والتريتيوم) الذي يولد جيجاوات إلى حوالي 150 طنًا من التريتيوم سنويًا. يتم إنتاج التريتيوم حاليًا في مفاعلات الانشطار النووي المصنوعة في الماء الثقيل CANDU (الكندية).
تحتاج خطط مفاعل الاندماج DT إلى معالجة تكاثر الكثير من التريتيوم. وهذا يعني توليد الكثير من النيوترونات الرخيصة لتحويل الليثيوم بكفاءة إلى تريتيوم. هذا مثل القول بأنه سيكون لدينا خطة انشطار نووي لإنتاج كميات وفيرة من البلوتونيوم. لا يوجد البلوتونيوم في الطبيعة ولكن يمكنك صنعه عن طريق تفاعل اليورانيوم 238 مع النيوترونات. اليورانيوم 238 هو 94٪ مما يسميه الناس النفايات النووية. يمثل اليورانيوم 238 حوالي 99.3٪ من اليورانيوم الموجود بشكل طبيعي و 97٪ من قضبان الوقود النووي الحديثة الحالية.
إن الدولة التي يمكن أن تولد الكثير من النيوترونات الرخيصة لتوليد الكثير من التريتيوم تعني أن هذا البلد يمكنه أيضًا أن يولد الكثير من البلوتونيوم. يمكن لأي دولة يمكنها إنتاج الكثير من البلوتونيوم أن تصنع الكثير من القنابل الانشطارية النووية.
أنا في الواقع موافق نسبيًا على هذا لأنني أعتقد أن القنابل الانشطارية النووية ستصبح قديمة. سيتقدم العالم إلى تكنولوجيا أفضل بكثير في الفضاء والطاقة ، فلن يكون التدمير الذي تسببه القنابل الانشطارية استراتيجية عسكرية وستصبح أقل أهمية عسكريًا. هذا لا يعني أنه يجب تشجيع الانتشار. يجب اتخاذ الخطوات حتى لا تكون غبية ، ولكن العالم الذي يتقن استخدام الطاقة النووية من أجل الطاقة والدفع الفضائي سيعني عالماً تكون فيه الأسلحة النووية تافهة نسبياً. سوف تصبح مثل زجاجات مولوتوف.
يجب أن يتجاوز التطوير الناجح للاندماج النووي للطاقة كل هذا المستوى الصغير من الطاقة الحالية المتولدة بالنسبة إلى الطاقة المستخدمة والقيام بذلك اقتصاديًا. يجب أن تولد مشاريع Tokomak ضمنيًا هذه القوة الإيجابية الصافية أثناء الاحتفاظ بالبلازما لسنوات بدلاً من ثوانٍ. أنا أحب مشاريع الاندماج النووي التي تخطط لعدم الاحتفاظ بالبلازما. تستخدم تلك المشاريع القوة النبضية. باختصار (أجزاء صغيرة من الثانية) تخلق ظروف اندماج وتحاول الحصول على كميات هائلة من الطاقة وإخراجها دون استخدام التوربينات. استخدام التوربينات يعني الحفاظ على الاندماج مثل محطات الانشطار النووي التي تعمل الآن مثل محطات الفحم. تعمل التوربينات بكمية كبيرة من الحرارة المستمرة. فكر في حرائق الفحم الضخمة المحتواة.
LPP Fusion هي شركة صغيرة تحاول الوصول إلى اندماج نووي متقدم لم يكن لديها سوى بضعة ملايين من الدولارات في التمويل. ومع ذلك ، فإن النسبة المئوية للسلطة بالنسبة المئوية للطاقة الخارجة قريبة جدًا من JET (الحلقة الأوروبية المشتركة). تحاول LPP Fusion و Helion Energy و HB11 Fusion و TAE البحث عن أشكال الاندماج النبضي. انظر إلى الصورة العلوية في هذه المقالة. فيما يلي النقاط البارزة لخطة LPP Fusion.
أنا أيضا أفضل المشاريع التي تذهب لتفاعلات الاندماج المتقدمة. 1 مليار درجة بدلاً من 100 مليون درجة.
إليكم صورة جدول بيانات تتبع مشروع الاندماج النووي الخاص بي.
إليك بعض الشرائح من LPP Fusion.
بريان وانج هو رائد الفكر المستقبلي ومدون علمي شهير لديه مليون قارئ شهريًا. صنفت مدونته Nextbigfuture.com على المرتبة الأولى في مدونة أخبار العلوم. ويغطي العديد من التقنيات والاتجاهات التخريبية بما في ذلك الفضاء ، والروبوتات ، والذكاء الاصطناعي ، والطب ، والتكنولوجيا الحيوية لمكافحة الشيخوخة ، وتكنولوجيا النانو.
معروف بتحديد أحدث التقنيات ، وهو حاليًا أحد مؤسسي شركة ناشئة وجمع التبرعات لشركات المرحلة المبكرة ذات الإمكانات العالية. وهو رئيس قسم الأبحاث للتخصيصات للاستثمارات التكنولوجية العميقة ومستثمر ملاك في Space Angels.
متحدث متكرر في الشركات ، كان متحدثًا في TEDx ومتحدثًا بجامعة Singularity وضيفًا في العديد من المقابلات للإذاعة والبودكاست. إنه منفتح على التحدث أمام الجمهور وتقديم المشورة.
