Mul on täiesti põhjalik arusaam tohututest väljakutsetest, mida on vaja kaubandusliku tuumasünteesienergia loomiseks. Seetõttu olen sulasoola tuuma lõhustumise suhtes optimistlikum. Püüan seda kahes videos selgitada. See on aga keeruline teema. Püüan selle siin võimalikult selgelt ja lühidalt välja tuua.
Kui kaugel kaubanduslikus tuumasünteesis?
Usun, et tehnoloogilisi läbimurdeid on endiselt vaja. Viimastel aastakümnetel on tuumasünteesi alal tehtud tööd domineerinud Tokomaki projektid (ITER, JET ja Lõuna-Korea Tokomak ja Hiina Tokomak). Tokomak hoiab tuumasünteesi plasmat sõõrikukujulises magnetväljas. Projektide ülesehitamiseks kulub aastaid kuni katseteni luua mõne sekundi jooksul termotuumasünteesi ja termotuumasünteesi on tegelikust netoenergiast ligikaudu 1000 korda eemal.
Tuumasünteesi väljatöötamiseks energia tootmiseks on palju võimalusi. Üks väärtus algab et öelda meile, kui lähedal on termotuumasünteesikatse netovõimsusele: termotuumasünteesi kolmikproduktile. Kolmikprodukt on fusioonplasma kolme atribuudi korrutis:
n ioonide tihedus plasmas (ioonid kuupmeetri kohta)
T nende ioonide temperatuur (keV2)
τE energia piiramise aeg (sekundites)
Madalaima (teise nimega kõige saavutatavama) kolmekordse toote lävega termotuumasünteesi reaktsioon on vesiniku kahe isotoobi deuteeriumi ja triitiumi (DT) liitmine. DT-kütusel töötava termotuumasünteesi elektrijaama kolmikprodukt on umbes 5 × 10 ^ 21 m-3 keV s või suurem. Seal on palju muid nõudeid äriliselt elujõulisele elektrijaamale kuid kolmiktoode on minimaalne tehniline verstapost.
Kolmekordse toote hea omadus on see, et see ei sõltu konkreetsest termotuumasünteesi plasma loomiseks kasutatud skeemist, nii et seda saab kasutada erinevate termotuumasünteesi lähenemisviiside toimivuse võrdlemiseks. See on tähendusrikas suurus magnetilise piiramise skeemides (tokamakid, stellaraatorid), inertsiaalses piiramise skeemides (laserfusioon) ja magnetoinertsiaalsetes skeemides (MagLIF, FRC-de kokkusurumine).
Mitme miljardi väärtuses JET (Joint European Torus) reaktori eksperiment on toiminud aastakümneid. Ma arvan, et selle rahastamiseks kulus umbes 100 miljonit eurot aastas või rohkem. 2019. aasta märtsis kirjutasid Ühendkuningriigi valitsus ja Euroopa Komisjon alla JETi lepingupikendusele. See tagas JET-i tegevuse kuni 2024. aasta lõpuni, olenemata Brexiti olukorrast. 2020. aasta detsembris alustati JET-i uuendamist, kasutades triitiumi osana selle panusest ITERisse. 21. detsembril 2021 tootis JET deuteerium-triitiumkütust kasutades 59 megadžauli, säilitades samal ajal termotuumasünteesi viiesekundilise impulsi ajal, ületades oma varasema rekordi 21.7 megadžauli Q = 0.33, mis püstitati 1997. aastal. Steven Krivit juhib tähelepanu, et selleks kulus umbes 700 megavatti elektrit, et toota 59 megadžauli viie sekundi jooksul. Q = 0.33 on 33% sellest energia plasmas sisse ja välja. 700 megavatti selle viieks sekundiks toiteks oleks umbes 3.5 miljardit džauli, et saada plasmast 59 megadžauli. Seina võimsus on umbes 60 korda väiksem ja siis oleks vaja plasmast saadav vool tagasi elektriks muundada. See kehtib LPP fusiooni ausamate arvude kohta. Termotuumasünteesi katsed on ühe tuhande protsendi ulatuses kogu väljavoolust ja sissetulevast elektrist.
Maailmas on ainult 25 tonni triitiumi. Looduslikult seda ei esine. Gigavatti tootva DT (deuteeriumi ja triitiumi) termotuumasünteesi reaktor vajaks umbes 150 tonni triitiumi aastas. Triitiumi toodetakse praegu raske vee CANDU (Kanada) valmistatud tuumalõhustumisreaktorites.
DT termotuumasünteesi reaktori plaanides tuleb käsitleda palju triitiumi kasvatamist. See tähendab palju odavate neutronite genereerimist, et liitium tõhusalt triitiumiks muundada. See on nagu ütlemine, et meil on tuuma lõhustumise plaan, et toota ohtralt plutooniumi. Plutooniumi looduses ei leidu, kuid seda saab valmistada, pannes Uraan 238 reageerima neutronitega. Uraan 238 moodustab 94% sellest, mida inimesed nimetavad tuumajäätmeteks. Uraan 238 on umbes 99.3% looduslikult esinevast uraanist ja 97% praegustest värsketest tuumakütuse vardadest.
Riik, mis suudab toota palju odavaid neutroneid, et palju triitiumit aretada, tähendaks, et see riik võiks aretada ka palju plutooniumi. Iga riik, mis suudab palju plutooniumi kasvatada, suudab valmistada palju tuumalõhustumispomme.
Mul on see tegelikult suhteliselt hea, sest arvan, et tuumalõhustumispommid vananevad. Maailm areneb kosmose ja energeetika vallas palju parema tehnoloogia poole, siis lõhustuvate pommide hävitav mõju ei ole sõjaliselt strateegiline ja muutub sõjaliselt vähem oluliseks. See ei tähenda, et levikut tuleks soodustada. Tuleks astuda samme, et mitte olla rumal, kuid maailm, mis valdab tuumaenergiat ja kosmose jõuallikaid, tähendab maailma, kus tuumarelvad on suhteliselt triviaalsed. Need muutuvad nagu molotovi kokteilid.
Tuumasünteesi edukas arendamine energia saamiseks peab ületama kogu selle väikese voolu, mis on toodetud kasutatava võimsusega võrreldes, ja tegema seda säästlikult. Tokomaki projektid peavad kaudselt genereerima selle positiivse netovõimsuse, hoides plasmat sekundite asemel aastaid. Mulle meeldivad tuumasünteesiprojektid, mis plaanivad plasmat mitte hoida. Need projektid kasutavad impulssvõimsust. Nad loovad lühidalt (väikesed sekundi murdosad) termotuumasünteesi tingimused ja püüavad saada tohutul hulgal võimsust ja saada voolu välja ilma turbiini kasutamata. Turbiini kasutamine tähendab termotuumasünteesi säilitamist nagu tuumalõhustumisjaamad, mis töötavad nagu söejaamad. Turbiinid töötavad suure hulga püsiva soojusega. Mõelge tohututele suletud söepõlengutele.
LPP Fusion on väike ettevõte, mis üritab jõuda arenenud tuumasünteesini, mille rahastamine on olnud vaid paar miljonit dollarit. Kuid võimsuse protsent väljalülitatud võimsuse protsent on nad väga lähedal suurele JET-ile (Joint European Torus). LPP Fusion, Helion Energy, HB11 Fusion, TAE püüavad kasutada impulssfusiooni vorme. Vaadake selle artikli ülemist pilti. LPP termotuumasünteesi kava esiletõstmised on allpool.
Eelistan ka arenenud termotuumasünteesi reaktsioonide projekte. 1 miljoni kraadi asemel 100 miljard kraadi.
Siin on minu tuumasünteesiprojekti jälgimise arvutustabeli pilt.
Siin on mõned LPP Fusioni slaidid.
Brian Wang on futuristide mõttejuht ja populaarne teadusblogija, kellel on miljon lugejat kuus. Tema ajaveeb Nextbigfuture.com on teadusuudiste ajaveeb. See hõlmab paljusid häirivaid tehnoloogiaid ja suundumusi, sealhulgas kosmos, robootika, tehisintellekt, meditsiin, vananemisvastane biotehnoloogia ja nanotehnoloogia.
Tuntud tipptasemel tehnoloogiate tuvastamise poolest, on ta praegu suure potentsiaaliga varajases staadiumis ettevõtete käivitamise ja korjanduse kaasasutaja. Ta on süvatehnoloogiainvesteeringuteks eraldatavate teadusuuringute juht ja ingelinvestor Space Angels'is.
Korporatsioonides sagedane esineja, ta on olnud TEDx -esineja, Singularity University esineja ja külaline paljudel raadio- ja taskuhäälingusaadete intervjuudel. Ta on avatud avalikule esinemisele ja nõustamistegevustele.
