Tökéletesen ismerem a kereskedelmi nukleáris fúziós energia létrehozásához szükséges hatalmas kihívásokat. Ezért vagyok optimistább az olvadt só maghasadásával kapcsolatban. Ezt két videóban próbálom megmagyarázni. Ez azonban egy összetett téma. Igyekszem ezt itt a lehető legvilágosabban és legrövidebben megfogalmazni.
Milyen messze van a kereskedelmi nukleáris fúzióban?
Úgy gondolom, hogy még mindig szükség van technológiai áttörésekre. Az utóbbi évtizedekben a magfúzióval kapcsolatos munkát a Tokomak projektek (ITER, JET és egy dél-koreai Tokomak és egy kínai Tokomak) uralták. A Tokomak magfúziós plazmát fánk alakú mágneses mezőben tart. Évekbe telik, amíg a projektek felépülnek a néhány másodperces fúziós kísérletig, és a fúzió nagyjából 1000-szeres távolságra van a valódi nettó energiától.
Számos módja van a magfúzió kifejlesztésének energiatermelés céljából. Egyetlen érték kezdődik hogy elmondja nekünk, milyen közel áll egy fúziós kísérlet a nettó teljesítményhez: a fúziós hármas termékhez. A hármas termék a fúziós plazma három tulajdonságának szorzata:
n az ionok sűrűsége a plazmában (ion/köbméter)
T ezen ionok hőmérséklete (keV2)
τE az energiabezárási idő (másodpercben)
A legalacsonyabb (más néven leginkább elérhető) hármas termékküszöbű fúziós reakció a deutérium és a trícium (DT), a hidrogén két izotópja fúziója. A DT üzemanyaggal működő fúziós erőmű háromszoros szorzata körülbelül 5 × 10^21 m-3 keV s vagy nagyobb. Vannak sok egyéb követelmény egy kereskedelmileg életképes erőművel szemben de a hármas termék minimális technikai mérföldkő.
A hármas termék jó tulajdonsága, hogy független a fúziós plazma létrehozásához használt konkrét sémától, így felhasználható a fúzió különböző megközelítési módjainak teljesítményének összehasonlítására. Jelentős mennyiség a mágneses behatárolási sémákban (tokamakok, sztellarátorok), a tehetetlenségi elhatárolási sémákban (lézerfúzió) és a magneto-inerciális sémákban (MagLIF, FRC-k tömörítése).
A több milliárdos JET (Joint European Torus) reaktorkísérlet évtizedek óta működik. Azt hiszem, körülbelül évi 100 millió euró volt a finanszírozás. 2019 márciusában az Egyesült Királyság kormánya és az Európai Bizottság aláírta a JET szerződéshosszabbítását. Ez garantálta a JET működését 2024 végéig, függetlenül a Brexit-helyzettől. 2020 decemberében megkezdődött a JET korszerűsítése trícium felhasználásával, az ITER-hez való hozzájárulás részeként. 21. december 2021-én a JET 59 megajoule-t állított elő deutérium-trícium üzemanyag felhasználásával, miközben öt másodperces impulzus alatt fenntartotta a fúziót, ezzel megdöntötte korábbi, 21.7-ben felállított 0.33 megajoule-s rekordját Q = 1997-mal. Steven Krivit rámutat, hogy ehhez körülbelül 700 megawatt kellett. villamos energiát az 59 megajoule előállításához öt másodperc alatt. A Q = 0.33 a 33%-a energia a plazmában és kifelé. 700 megawatt, hogy ezt öt másodpercen keresztül táplálja, körülbelül 3.5 milliárd joule lenne ahhoz, hogy 59 megajoule jöjjön ki a plazmából. A fali teljesítmény körülbelül 60-szor kisebb, majd a plazmából származó energiát vissza kell alakítani elektromos árammá. Ez vonatkozik az LPP fúzió őszintébb alakjaira. A fúziós energiával kapcsolatos kísérletek a teljes kimenő elektromosság egy ezrelék százalékát teszik ki a bemeneti elektromossággal szemben.
A világon mindössze 25 tonna trícium van. Természetben nem fordul elő. Egy gigawattot generáló DT (deutérium és trícium) fúziós reaktornak körülbelül 150 tonna tríciumra lenne szüksége évente. A tríciumot jelenleg nehézvízi CANDU (kanadai) gyártmányú maghasadási reaktorokban állítják elő.
A DT fúziós reaktor terveiben sok trícium tenyésztésével kell foglalkozni. Ez azt jelenti, hogy sok olcsó neutront kell előállítani, hogy a lítiumot hatékonyan tríciummal alakítsák át. Ez olyan, mintha azt mondanánk, hogy atommaghasadási tervünk lenne bőséges mennyiségű plutónium előállítására. A plutónium nem fordul elő a természetben, de előállítható, ha az urán 238-at neutronokkal reagáltatjuk. Az urán 238 az emberek által nukleáris hulladéknak nevezett hulladék 94%-a. Az urán 238 a természetben előforduló urán körülbelül 99.3%-a és a jelenlegi friss nukleáris fűtőelemek 97%-a.
Egy ország, amely sok olcsó neutront képes előállítani sok trícium tenyésztéséhez, azt jelentené, hogy az ország sok plutóniumot is tud tenyészteni. Bármely ország, amely sok plutóniumot képes tenyészteni, sok atommaghasadási bombát tud gyártani.
Valójában viszonylag rendben vagyok ezzel, mert úgy gondolom, hogy a maghasadásos bombák elavulnak. A világ sokkal jobb technológiára fog fejlődni az űrben és az energetikában, akkor a hasadóbombák pusztító hatása nem lesz katonai stratégiai, és katonailag kevésbé lesz fontos. Ez nem azt jelenti, hogy ösztönözni kell a terjedést. Lépéseket kell tenni annak érdekében, hogy ne legyünk hülyék, de egy olyan világ, ahol az atomenergiát és az űrmeghajtást uralják, egy olyan világot jelent, ahol a nukleáris fegyverek viszonylag triviálisak. Olyanok lesznek, mint a molotov-koktélok.
A nukleáris fúzió energetikai célú sikeres fejlesztésének túl kell lépnie a felhasznált energiához képest megtermelt jelenlegi kis energiaszinten, és ezt gazdaságosan kell megvalósítani. A Tokomak projekteknek implicit módon ezt a nettó pozitív teljesítményt kell generálniuk, miközben másodpercek helyett évekig tartják a plazmát. Szeretem a magfúziós projekteket, amelyek azt tervezik, hogy nem tartanak plazmát. Ezek a projektek impulzusos energiát használnak. Rövid időre (a másodperc töredékei alatt) fúziós körülményeket teremtenek, és turbina használata nélkül próbálnak hatalmas mennyiségű energiát elérni, és kivenni az áramot. A turbina használata a fúzió fenntartását jelenti, mint az atommaghasadási erőművek, amelyek most úgy működnek, mint a szénerőművek. A turbinák nagy mennyiségű tartós hővel működnek. Gondoljunk csak hatalmas széntüzekre.
Az LPP Fusion egy kis cég, amely a fejlett nukleáris fúzióhoz próbál eljutni, és mindössze néhány millió dolláros finanszírozást kapott. Azonban a teljesítmény százalékos arányában a kimenő teljesítmény százalékában nagyon közel állnak a nagy JET-hez (Joint European Torus). Az LPP Fusion, a Helion Energy, a HB11 Fusion, a TAE az impulzusos fúzió formáit próbálják keresni. Lásd a cikk felső képét. Az LPP Fusion terv legfontosabb jellemzői alább találhatók.
Én is jobban szeretem a fejlett fúziós reakciókat célzó projekteket. 1 millió fok helyett 100 milliárd fok.
Itt van a nukleáris fúziós projektemet követő táblázatos képe.
Íme néhány dia az LPP Fusionból.
Brian Wang futurista gondolatvezető és népszerű tudományos blogger, havi 1 millió olvasóval. Blogja a Nextbigfuture.com a Science News Blog első helyén van. Számos zavaró technológiát és trendet fed le, beleértve az űrt, a robotikát, a mesterséges intelligenciát, az orvostudományt, az öregedésgátló biotechnológiát és a nanotechnológiát.
A legmodernebb technológiák azonosításáról ismert, jelenleg társalapítója a nagy potenciállal rendelkező korai stádiumú cégek indításának és adománygyűjtésének. Ő a mélytechnológiai beruházások elosztásának kutatási vezetője és egy angyalbefektető a Space Angels -nél.
A vállalatok gyakori előadója, volt TEDx -előadó, a Szingularitás Egyetem előadója és számos rádió- és podcast -interjú vendége. Nyitott a nyilvános beszédre és tanácsadásra.
