Minulla on melko kattava käsitys valtavista haasteista, joita tarvitaan kaupallisen ydinfuusiovoiman luomiseen. Tästä syystä olen optimistisempi sulan suolan ydinfissiosta. Yritän selittää tämän kahdella videolla. Tämä on kuitenkin monimutkainen aihe. Yritän tässä ilmaista tämän mahdollisimman selkeästi ja lyhyesti.
Kuinka kaukana kaupallisessa ydinfuusiossa?
Uskon, että teknologisia läpimurtoja tarvitaan edelleen. Viime vuosikymmeniä ydinfuusiotyötä ovat hallinneet Tokomak-hankkeet (ITER, JET ja eteläkorealainen Tokomak ja kiinalainen Tokomak). Tokomak pitää ydinfuusioplasmaa donitsin muotoisessa magneettikentässä. Projektien rakentaminen kestää vuosia ja yrittää luoda fuusiota muutaman sekunnin ajan, ja fuusio on noin 1000X-kertainen todellisesta nettoenergiasta.
On monia tapoja yrittää kehittää ydinfuusiota sähkön tuottamiseksi. Yksittäinen arvo alkaa kertomaan meille, kuinka lähellä fuusiokoe on nettotehoa: fuusiokolmoista tuotetta. Kolminkertainen tuote on fuusioplasman kolmen ominaisuuden tulos:
n ionien tiheys plasmassa (ionit/kuutiometri)
T näiden ionien lämpötila (keV2)
τE energiarajoitusaika (sekunteina)
Fuusioreaktio, jolla on alin (eli saavutettavissa oleva) kolminkertainen tuotekynnys, on deuteriumin ja tritiumin (DT) fuusio, vedyn kaksi isotooppia. DT-polttoaineella toimivan fuusiovoimalaitoksen kolminkertainen tuote on noin 5×10^21 m-3 keV s tai suurempi. Siellä on monia muita kaupallisesti kannattavalle voimalaitokselle asetettuja vaatimuksia mutta kolminkertainen tuote on tekninen vähimmäis virstanpylväs.
Kolminkertaisen tuotteen hyvä ominaisuus on, että se on riippumaton tietystä fuusioplasman luomiseen käytetystä järjestelmästä, joten sitä voidaan käyttää vertaamaan suorituskykyä erilaisten fuusiotapojen välillä. Se on merkityksellinen määrä magneettisissa rajoitusjärjestelmissä (tokamakit, stellaraattorit), inertiarajoitusjärjestelmissä (laserfuusio) ja magnetoinertiaalisissa järjestelmissä (MagLIF, FRC:iden pakkaus).
Monen miljardin arvoinen JET (Joint European Torus) -reaktorikoe on toiminut vuosikymmeniä. Luulen, että se oli noin 100 miljoonaa euroa vuodessa tai enemmän sen rahoitukselle. Maaliskuussa 2019 Ison-Britannian hallitus ja Euroopan komissio allekirjoittivat sopimuksen jatkosopimuksen JET:lle. Tämä takasi JET:n toiminnan vuoden 2024 loppuun asti Brexit-tilanteesta riippumatta. Joulukuussa 2020 JET:n päivitys aloitettiin käyttämällä tritiumia osana sen panosta ITERiin. 21. joulukuuta 2021 JET tuotti 59 megajoulea käyttämällä deuterium-tritiumpolttoainetta ja ylläpitäen fuusiota viiden sekunnin pulssin aikana, mikä ylitti aiemman ennätyksensä 21.7 megajoulea Q = 0.33:lla, vuonna 1997. Steven Krivit huomauttaa, että se vaati noin 700 megawattia sähköä tuottamaan 59 megajoulea viiden sekunnin aikana. Q = 0.33 on 33 % energiaa plasmassa ja sieltä ulos. 700 megawattia tämän tehon tuottamiseksi viideksi sekunniksi olisi noin 3.5 miljardia joulea, jotta plasmasta saadaan 59 megajoulea. Seinän teho on noin 60 kertaa pienempi ja sitten plasman teho olisi muutettava takaisin sähköksi. Tämä koskee LPP-fuusion rehellisempiä lukuja. Fuusiovoimakokeet ovat tuhannesosa prosentin kokonaissähköstä ulos verrattuna sähkön sisääntuloon.
Maailmassa on vain 25 tonnia tritiumia. Sitä ei tapahdu luonnollisesti. Gigawatin tuottava DT (deuterium and tritium) -fuusioreaktori tarvitsisi noin 150 tonnia tritiumia vuodessa. Tritiumia tuotetaan tällä hetkellä raskaan veden CANDU (kanadalaisessa) ydinfissioreaktoreissa.
DT-fuusioreaktorisuunnitelmissa on käsiteltävä paljon tritiumin kasvattamista. Tämä tarkoittaa, että tuotetaan paljon halpoja neutroneja litiumin muuntamiseksi tehokkaasti tritiumille. Tämä on kuin sanoisi, että meillä olisi ydinfissiosuunnitelma, jolla valmistamme runsaasti plutoniumia. Plutoniumia ei esiinny luonnossa, mutta sitä voidaan valmistaa antamalla uraani 238 reagoida neutronien kanssa. Uraani 238 on 94 % siitä, mitä ihmiset kutsuvat ydinjätteeksi. Uraani 238 on noin 99.3 % luonnossa esiintyvästä uraanista ja 97 % nykyisistä tuoreista ydinpolttoainesauvista.
Maa, joka voi tuottaa paljon halpoja neutroneja kasvattaakseen paljon tritiumia, tarkoittaisi, että maa voisi tuottaa myös paljon plutoniumia. Mikä tahansa maa, joka pystyy kasvattamaan paljon plutoniumia, voi valmistaa paljon ydinfissiopommeja.
Olen itse asiassa suhteellisen hyvä tämän kanssa, koska luulen, että ydinfissiopommeista tulee vanhentuneita. Maailma kehittyy paljon parempaan teknologiaan avaruudessa ja energiassa, jolloin fissiopommien tuhollisuus ei ole sotilaallista strategista ja siitä tulee vähemmän tärkeä sotilaallisesti. Tämä ei tarkoita sitä, että leviämistä pitäisi rohkaista. On ryhdyttävä toimiin, jotta vältytään typerältä, mutta maailma, joka hallitsee ydinenergian ja avaruusvoiman, tarkoittaa maailmaa, jossa ydinaseet ovat suhteellisen triviaaleja. Niistä tulee kuin molotov-cocktaileja.
Onnistunut ydinfuusion kehittäminen energiaksi on ylitettävä kaikki tämä pieni nykyinen sähköntuotanto suhteessa käytettyyn tehoon ja tehtävä se taloudellisesti. Tokomak-projektien on implisiittisesti tuotettava tämä positiivinen nettoteho pitäen plasmaa vuosia sekuntien sijasta. Pidän ydinfuusioprojekteista, joissa ei ole tarkoitus pitää plasmaa. Nämä projektit käyttävät pulssitehoa. He luovat hetken (pieniä sekunnin murto-osia) fuusioolosuhteet ja yrittävät saada valtavia määriä tehoa ja saada sähköä pois ilman turbiinia. Turbiinin käyttö tarkoittaa fuusion ylläpitämistä kuten ydinfissiovoimaloita, jotka toimivat nyt kuten hiilivoimaloita. Turbiinit toimivat suurella määrällä jatkuvaa lämpöä. Ajattele massiivisia suljettuja hiilipaloja.
LPP Fusion on pieni yritys, joka yrittää päästä edistykselliseen ydinfuussioon, jolla on ollut vain muutaman miljoonan dollarin rahoitusta. Ne ovat kuitenkin hyvin lähellä suurta JET:tä (Joint European Torus). LPP Fusion, Helion Energy, HB11 Fusion ja TAE yrittävät etsiä pulssifuusion muotoja. Katso tämän artikkelin ylin kuva. LPP Fusion -suunnitelman kohokohdat ovat alla.
Pidän myös parempana projekteista, jotka koskevat edistyneitä fuusioreaktioita. 1 miljardi astetta 100 miljoonan asteen sijaan.
Tässä on ydinfuusioprojektini seurantataulukkokuva.
Tässä on joitain dioja LPP Fusionista.
Brian Wang on futuristisen ajattelun johtaja ja suosittu Science -bloggaaja, jolla on miljoona lukijaa kuukaudessa. Hänen bloginsa Nextbigfuture.com on sijalla 1 Science News Blog. Se kattaa monia häiritseviä tekniikoita ja suuntauksia, kuten avaruus, robotiikka, tekoäly, lääketiede, ikääntymistä estävä biotekniikka ja nanoteknologia.
Hän tunnetaan huipputeknologioiden tunnistamisesta, ja hän on tällä hetkellä perustaja ja varainkeräys korkean mahdollisen alkuvaiheen yrityksille. Hän on syvän teknologian investointien tutkimuksen johtaja ja Space Angelsin enkelisijoittaja.
Hän on usein puhunut yrityksissä, hän on ollut TEDx -puhuja, Singularity University -puhuja ja vieraana lukuisissa radio- ja podcast -haastatteluissa. Hän on avoin julkiselle puhumiselle ja neuvoille.
