من درک کاملاً جامعی از چالش های بزرگ مورد نیاز برای ایجاد نیروی همجوشی هسته ای تجاری دارم. به همین دلیل است که من نسبت به شکافت هسته ای نمک مذاب خوش بین هستم. من سعی می کنم این را در دو ویدیو توضیح دهم. با این حال، این یک موضوع پیچیده است. سعی می کنم در اینجا تا حد امکان واضح و مختصر این موضوع را بیان کنم.
در همجوشی هسته‌ای تجاری چقدر فاصله داریم؟
من معتقدم که هنوز به پیشرفت های تکنولوژیک نیاز است. دهه‌های اخیر کار برای گداخت هسته‌ای تحت سلطه پروژه‌های توکوماک (ITER، JET و یک توکوماک کره جنوبی و یک توکوماک چینی) بوده است. توکوماک پلاسمای همجوشی هسته ای را در میدان مغناطیسی شکل دونات نگه می دارد. سال ها طول می کشد تا پروژه ها ساخته شوند تا تلاش هایی برای ایجاد همجوشی برای چند ثانیه انجام شود و همجوشی تقریباً 1000 برابر با انرژی خالص واقعی فاصله دارد.
راه های زیادی برای تلاش برای توسعه همجوشی هسته ای برای تولید انرژی وجود دارد. یک مقدار واحد شروع می شود برای اینکه بگوییم آزمایش همجوشی چقدر به توان خالص نزدیک است: محصول سه گانه همجوشی. محصول سه گانه حاصل ضرب سه ویژگی پلاسمای همجوشی است:
n چگالی یون ها در پلاسما (یون/متر مکعب)
دمای آن یونها (keV2)
τE زمان حبس انرژی (ثانیه)
واکنش همجوشی با کمترین (معروف به دست یافتنی ترین) آستانه محصول سه گانه، همجوشی دوتریوم و تریتیوم (DT)، دو ایزوتوپ هیدروژن است. یک نیروگاه همجوشی که با سوخت DT کار می کند محصول سه گانه ای در حدود 5×10^21 m-3 keVs یا بیشتر خواهد داشت. وجود دارد بسیاری از الزامات دیگر برای یک نیروگاه بادوام تجاری اما محصول سه گانه حداقل نقطه عطف فنی است.
یک ویژگی خوب محصول سه گانه این است که مستقل از طرح خاصی است که برای ایجاد پلاسمای همجوشی استفاده می شود، بنابراین می توان از آن برای مقایسه عملکرد در انواع مختلف رویکردهای فیوژن استفاده کرد. این یک کمیت معنی دار در طرح های محصور مغناطیسی (توکامک ها، ستاره سازها)، طرح های محصورسازی اینرسی (همجوشی لیزری) و طرح های مغناطیسی-اینرسی (MagLIF، فشرده سازی FRC ها) است.
آزمایش راکتور چند میلیاردی JET (Joint European Torus) دهه‌هاست که کار کرده است. من فکر می کنم حدود 100 میلیون یورو در سال یا بیشتر برای تأمین مالی آن بود. در مارس 2019، دولت بریتانیا و کمیسیون اروپا یک تمدید قرارداد برای JET امضا کردند. این امر بدون توجه به وضعیت برگزیت، عملیات جت را تا پایان سال 2024 تضمین می کرد. در دسامبر 2020، ارتقاء JET با استفاده از تریتیوم به عنوان بخشی از کمک آن به ITER آغاز شد. در 21 دسامبر 2021، JET با استفاده از سوخت دوتریوم-تریتیوم 59 مگاژول تولید کرد در حالی که همجوشی را در طول یک پالس پنج ثانیه حفظ کرد و رکورد قبلی خود را که 21.7 مگاژول با Q = 0.33 در سال 1997 ثبت شد شکست داد. استیون کریویت اشاره می کند که حدود 700 مگاوات طول کشید. الکتریسیته برای تولید 59 مگاژول در مدت پنج ثانیه. Q = 0.33 33 درصد است انرژی در داخل و خارج از پلاسما. 700 مگاوات برای تامین انرژی آن برای پنج ثانیه حدود 3.5 میلیارد ژول برای خروج 59 مگا ژول از پلاسما است. قدرت دیوار حدود 60 برابر کمتر است و سپس توان خروجی پلاسما باید دوباره به برق تبدیل شود. این به چهره های صادق تر از LPP fusion می رسد. آزمایش‌های قدرت فیوژن در کل برق خروجی در برابر برق ورودی یک هزارم درصد است.
جهان فقط 25 تن تریتیوم دارد. به طور طبیعی رخ نمی دهد. یک راکتور همجوشی DT (دوتریوم و تریتیوم) که یک گیگاوات تولید می کند به حدود 150 تن تریتیوم در سال نیاز دارد. تریتیوم در حال حاضر در راکتورهای شکافت هسته ای CANDU (کانادایی) آب سنگین تولید می شود.
برنامه‌های راکتور همجوشی DT باید به پرورش مقدار زیادی تریتیوم بپردازد. این به معنای تولید تعداد زیادی نوترون ارزان برای تبدیل موثر لیتیوم به تریتیوم است. این مثل این است که بگوییم ما یک طرح شکافت هسته ای برای تولید مقادیر فراوان پلوتونیوم خواهیم داشت. پلوتونیوم در طبیعت وجود ندارد اما شما می توانید آن را با واکنش اورانیوم 238 با نوترون بسازید. اورانیوم 238 94 درصد چیزی است که مردم آن را زباله های هسته ای می نامند. اورانیوم 238 حدود 99.3 درصد از اورانیوم طبیعی و 97 درصد از میله های سوخت هسته ای تازه فعلی را تشکیل می دهد.
کشوری که بتواند مقدار زیادی نوترون ارزان برای تولید تریتیوم تولید کند به این معنی است که آن کشور می تواند پلوتونیوم زیادی نیز تولید کند. هر کشوری که بتواند پلوتونیوم زیادی تولید کند، می تواند بمب های شکافت هسته ای زیادی بسازد.
من در واقع با این موضوع نسبتاً خوب هستم زیرا فکر می کنم بمب های شکافت هسته ای قدیمی خواهند شد. جهان به سمت فناوری بسیار بهتری در فضا و انرژی پیشرفت خواهد کرد، آن‌وقت مخرب بودن بمب‌های شکافت، استراتژیک نظامی نخواهد بود و از نظر نظامی اهمیت کمتری پیدا می‌کند. این بدان معنا نیست که تکثیر باید تشویق شود. باید گام‌هایی برداشت تا احمقانه نباشد، اما جهانی با تسلط بر هسته‌ای برای انرژی و رانش فضایی به معنای جهانی است که در آن سلاح‌های هسته‌ای نسبتاً بی‌اهمیت هستند. آنها مانند کوکتل مولوتف خواهند شد.
توسعه موفقیت آمیز همجوشی هسته ای برای انرژی باید فراتر از تمام این سطح کمی از توان فعلی تولید شده نسبت به توان مصرفی باشد و آن را به صورت اقتصادی انجام دهد. پروژه های توکوماک باید به طور ضمنی این توان مثبت خالص را تولید کنند در حالی که پلاسما را سال ها به جای چند ثانیه نگه می دارند. من پروژه های همجوشی هسته ای را دوست دارم که قصد دارند پلاسما را نگه ندارند. آن پروژه ها از توان پالسی استفاده می کنند. آنها به طور خلاصه (کسری کوچک از ثانیه) شرایط همجوشی را ایجاد می کنند و سعی می کنند مقادیر عظیمی از نیرو را دریافت کنند و بدون استفاده از توربین برق را خارج کنند. استفاده از توربین به معنای حفظ همجوشی مانند نیروگاه های شکافت هسته ای است که اکنون مانند نیروگاه های زغال سنگ کار می کنند. توربین ها با مقدار زیادی گرمای پایدار کار می کنند. به آتش سوزی های گسترده زغال سنگ مهار شده فکر کنید.
LPP Fusion یک شرکت کوچک است که تلاش می کند به گداخت هسته ای پیشرفته ای برسد که فقط چند میلیون دلار بودجه داشته است. با این حال، درصد برق ورودی به درصد برق خروجی آنها بسیار نزدیک به جت بزرگ (Joint European Torus) است. LPP Fusion، Helion Energy، HB11 Fusion، TAE در تلاش هستند تا به سراغ اشکال همجوشی پالسی بروند. تصویر بالا را در این مقاله ببینید. نکات برجسته طرح LPP Fusion در زیر آمده است.
من همچنین پروژه هایی را ترجیح می دهم که برای واکنش های همجوشی پیشرفته انجام شوند. 1 میلیارد درجه به جای 100 میلیون درجه.
در اینجا تصویر صفحه گسترده ردیابی پروژه همجوشی هسته ای من است.
در اینجا چند اسلاید از LPP Fusion آورده شده است.
برایان وانگ یک اندیشمند آینده نگر و یک وبلاگ نویس محبوب علم با 1 میلیون خواننده در ماه است. وبلاگ وی Nextbigfuture.com در رتبه 1 وبلاگ اخبار علم قرار دارد. این شامل بسیاری از فن آوری ها و روندهای مخرب از جمله فضا ، روباتیک ، هوش مصنوعی ، پزشکی ، بیوتکنولوژی ضد پیری و نانوتکنولوژی است.
او که به دلیل شناسایی فناوری های پیشرفته شهرت دارد ، در حال حاضر یکی از بنیانگذاران یک استارتاپ و جمع آوری کمک های مالی برای شرکت های بالقوه در مراحل اولیه است. او رئیس تحقیقات تخصیص سرمایه گذاری در فناوری عمیق و سرمایه گذار فرشته در Space Angels است.
او یک سخنران مکرر در شرکتها بوده است ، او سخنران TEDx ، سخنران دانشگاه Singularity و مهمان مصاحبه های متعدد برای رادیو و پادکست بوده است. او برای مشارکت عمومی و مشاوره مشارکت دارد.
