Jeg har en meget omfattende forståelse af de enorme udfordringer, der er nødvendige for at skabe kommerciel atomfusionskraft. Det er derfor, jeg er mere optimistisk med hensyn til smeltet saltkernespaltning. Jeg prøver at forklare dette i to videoer. Dette er dog et komplekst emne. Det vil jeg forsøge at sige så klart og kort som muligt her.
Hvor langt væk i kommerciel nuklear fusion?
Jeg tror, der stadig er brug for teknologiske gennembrud. De seneste årtiers arbejde med nuklear fusion har været domineret af Tokomak-projekterne (ITER, JET og en sydkoreansk Tokomak og en kinesisk Tokomak). Tokomak holder nuklear fusionsplasma i et magnetfelt i form af en donut. Det tager år for projekterne at bygge op til forsøg på at skabe fusion i nogle få sekunder, og fusionen er omkring 1000 gange væk fra reel nettoenergi.
Der er mange måder at forsøge at udvikle nuklear fusion for at generere strøm. En enkelt værdi starter for at fortælle os, hvor tæt et fusionseksperiment er på nettokraft: fusion triple-produktet. Det tredobbelte produkt er produktet af tre attributter af et fusionsplasma:
n tætheden af ioner i plasmaet (ioner/kubikmeter)
T temperaturen af disse ioner (keV2)
τE energiindeslutningstiden (sekunder)
Fusionsreaktionen med den laveste (også kendt som mest opnåelige) tredobbelte produkttærskel er fusionen af deuterium og tritium (DT), to isotoper af brint. Et fusionskraftværk, der kører på DT-brændstof, vil have et tredobbelt produkt på omkring 5×10^21 m-3 keV s eller mere. Der er mange andre krav til et kommercielt levedygtigt kraftværk men det tredobbelte produkt er en minimal teknisk milepæl.
En god egenskab ved det tredobbelte produkt er, at det er uafhængigt af det særlige skema, der bruges til at skabe fusionsplasmaet, så det kan bruges til at sammenligne ydeevne på tværs af forskellige slags tilgange til fusion. Det er en meningsfuld størrelse i magnetiske indeslutningsskemaer (tokamaks, stellaratorer), inertielle indeslutningsskemaer (laserfusion) og magneto-inertielle skemaer (MagLIF, komprimering af FRC'er).
JET-reaktoreksperimentet på flere milliarder JET (Joint European Torus) har fungeret i årtier. Jeg tror, det var på omkring 100 millioner euro om året eller mere for sin finansiering. I marts 2019 underskrev den britiske regering og Europa-Kommissionen en kontraktforlængelse for JET. Dette garanterede JET-operationer indtil udgangen af 2024 uanset Brexit-situationen. I december 2020 begyndte en JET-opgradering ved hjælp af tritium som en del af dets bidrag til ITER. Den 21. december 2021 producerede JET 59 megajoule ved hjælp af deuterium-tritium-brændstof, mens den opretholdt fusion under en fem sekunders puls, hvilket slog sin tidligere rekord på 21.7 megajoule med Q = 0.33, sat i 1997. Steven Krivit påpeger, at det tog omkring 700 megawatt af elektricitet til at producere de 59 megajoule over fem sekunder. Q = 0.33 er 33 % af energi ind og ud af plasmaet. 700 megawatt til at drive dette i fem sekunder ville være omkring 3.5 milliarder joule for at få 59 megajoule ud af plasmaet. Vægstrømmen er omkring 60 gange mindre, og så skulle strømmen fra plasmaet konverteres tilbage til elektricitet. Dette går til de mere ærlige tal fra LPP fusion. Fusionskrafteksperimenter er på en tusindedel af en procent i samlet elektricitet ude versus elektricitet ind.
Verden har kun 25 tons tritium. Det forekommer ikke naturligt. En DT (deuterium og tritium) fusionsreaktor, der genererer en gigawatt, ville have brug for omkring 150 tons tritium om året. Tritium produceres i øjeblikket på tungtvands CANDU (canadisk) fremstillede atomfissionsreaktorer.
DT-fusionsreaktorplanerne skal tage fat på opdræt af en masse tritium. Det betyder, at der genereres en masse billige neutroner for effektivt at omdanne lithium til tritium. Det svarer til at sige, at vi ville have en nuklear fissionsplan for at lave rigelige mængder Plutonium. Plutonium findes ikke i naturen, men du kan lave det ved at reagere Uranium 238 med neutroner. Uran 238 er 94 % af det, folk kalder atomaffald. Uran 238 er omkring 99.3% af naturligt forekommende uran og 97% af nuværende friske nukleare brændselsstave.
Et land, der kan generere en masse billige neutroner for at avle en masse tritium, ville betyde, at det land også kunne avle en masse plutonium. Ethvert land, der kan avle en masse Plutonium, kan lave en masse atomfissionsbomber.
Jeg er faktisk relativt OK med dette, fordi jeg tror, at atomfissionsbomber vil blive forældede. Verden vil udvikle sig til meget bedre teknologi inden for rum og energi, så vil destruktiviteten af fissionsbomber ikke være militærstrategisk og vil blive mindre vigtig militært. Dette betyder ikke, at spredning skal tilskyndes. Der bør tages skridt til ikke at være dum, men en verden med beherskelse af nuklear til energi og rumfremdrift vil betyde en verden, hvor atomvåben er relativt trivielle. De bliver som molotovcocktails.
Succesfuld udvikling af nuklear fusion til energi skal gå ud over hele dette lille niveau af nuværende strøm genereret i forhold til den anvendte energi og gøre det økonomisk. Tokomak-projekterne skal implicit generere denne positive nettoeffekt, mens de holder plasma i årevis i stedet for sekunder. Jeg kan godt lide nuklear fusionsprojekter, der planlægger ikke at holde plasma. Disse projekter bruger pulserende strøm. De skaber kortvarigt (små brøkdele af sekunder) fusionsbetingelser og forsøger at få enorme mængder strøm og få strømmen ud uden at bruge en turbine. At bruge en turbine betyder at opretholde fusion som nukleare fissionsanlæg, der nu fungerer som kulværker. Turbiner arbejder med en stor mængde vedvarende varme. Tænk på massive kulbrande.
LPP Fusion er en lille virksomhed, der forsøger at komme til avanceret atomfusion, der kun har haft et par millioner dollars i finansiering. Men procentdel af strøm ind til procentdel strøm ud er de meget tæt på den store JET (Joint European Torus). LPP Fusion, Helion Energy, HB11 Fusion, TAE forsøger at gå efter former for pulseret fusion. Se det øverste billede i denne artikel. LPP Fusion-planens højdepunkter er nedenfor.
Jeg foretrækker også projekter, der går til avancerede fusionsreaktioner. 1 milliard grader i stedet for 100 millioner grader.
Her er mit regnearksbillede til sporing af mit nuklear fusionsprojekt.
Her er nogle slides fra LPP Fusion.
Brian Wang er en futuristisk tankeleder og en populær Science blogger med 1 million læsere om måneden. Hans blog Nextbigfuture.com er rangeret som #1 Science News Blog. Det dækker mange forstyrrende teknologi og tendenser, herunder rum, robotik, kunstig intelligens, medicin, anti-aging bioteknologi og nanoteknologi.
Han er kendt for at identificere banebrydende teknologier og er i øjeblikket medstifter af en opstart og fundraiser til virksomheder med et højt potentiale på et tidligt stadium. Han er forskningschef for tildelinger til dybe teknologiske investeringer og en engelinvestor hos Space Angels.
Han har været en hyppig foredragsholder i virksomheder og har været TEDx -højttaler, en Singularity University -højttaler og gæst ved adskillige interviews til radio og podcasts. Han er åben for offentlige taler og rådgivende engagementer.
