יש לי הבנה מקיפה למדי של האתגרים העצומים הדרושים ליצירת כוח היתוך גרעיני מסחרי. זו הסיבה שאני אופטימי יותר לגבי ביקוע גרעיני של מלח מותך. אני מנסה להסביר את זה בשני סרטונים. עם זאת, זהו נושא מורכב. אנסה לציין זאת בצורה ברורה וקצרה ככל האפשר כאן.
כמה רחוק בהיתוך גרעיני מסחרי?
אני מאמין שעדיין יש צורך בפריצות דרך טכנולוגיות. העשורים האחרונים של העבודה על היתוך גרעיני נשלטו על ידי פרויקטי Tokomak (ITER, JET ו-Tokomak דרום קוריאני וטוקומאק סיני). Tokomak מחזיק פלזמה של היתוך גרעיני בשדה מגנטי בצורת סופגניה. לוקח שנים עד שהפרויקטים מתגבשים עד לניסיונות ליצור היתוך למשך כמה שניות וההיתוך רחוק בערך פי 1000 מאנרגיה נטו אמיתית.
ישנן דרכים רבות לנסות לפתח היתוך גרעיני להפקת חשמל. ערך בודד התחלות לספר לנו עד כמה קרוב ניסוי היתוך לכוח נטו: מוצר ההיתוך המשולש. המוצר המשולש הוא תוצר של שלוש תכונות של פלזמה היתוך:
n צפיפות היונים בפלזמה (יונים/מטר מעוקב)
T הטמפרטורה של אותם יונים (keV2)
τE זמן כליאת האנרגיה (שניות)
תגובת ההיתוך עם סף התוצר המשולש הנמוך ביותר (הידוע גם בר השגה) הוא היתוך של דאוטריום וטריטיום (DT), שני איזוטופים של מימן. לתחנת כוח היתוך הפועלת על דלק DT תהיה תוצר משולש של כ-5×10^21 m-3 keV s או יותר. יש דרישות רבות אחרות לתחנת כוח בת קיימא מבחינה מסחרית אבל המוצר המשולש הוא אבן דרך טכנית מינימלית.
תכונה נחמדה של המוצר המשולש הוא שהוא בלתי תלוי בסכימה המסוימת המשמשת ליצירת פלזמת ההיתוך, כך שניתן להשתמש בו כדי להשוות ביצועים בין סוגים שונים של גישות להיתוך. זוהי כמות משמעותית בסכימות כליאה מגנטיות (טוקאמקים, כוכבים), סכימות כליאה אינרציאלית (היתוך לייזר) וסכימות מגנטו-אינרציאליות (MagLIF, דחיסה של FRCs).
ניסוי הכור JET (Joint European Torus) בהיקף של מיליארדים פעל כבר עשרות שנים. אני חושב שזה היה בערך 100 מיליון יורו בשנה או יותר עבור המימון שלו. במרץ 2019, ממשלת בריטניה והנציבות האירופית חתמו על הארכת חוזה עבור JET. זה הבטיח את פעילות JET עד סוף 2024 ללא קשר למצב הברקזיט. בדצמבר 2020, החל שדרוג JET באמצעות טריטיום, כחלק מתרומתו ל-ITER. ב-21 בדצמבר 2021, JET ייצר 59 מגה-ג'אול תוך שימוש בדלק דאוטריום-טריטיום תוך שמירה על היתוך במהלך פעימה של חמש שניות, תוך ניצול השיא הקודם שלה של 21.7 מגה-ג'אול עם Q = 0.33, שנקבע בשנת 1997. סטיבן קריביט מציין שזה לקח בערך 700 מגה-ואט של חשמל לייצור 59 מגה ג'ול במשך חמש שניות. ה-Q = 0.33 הוא 33% מה אנרגיה פנימה והחוצה מהפלזמה. 700 מגה וואט כדי להפעיל את זה במשך חמש שניות יהיו בערך 3.5 מיליארד ג'ול כדי להוציא 59 מגה ג'ול מהפלזמה. הספק הקיר קטן בערך פי 60 ואז יהיה צורך להמיר את הכוח מהפלזמה בחזרה לחשמל. זה מגיע לדמויות היותר כנות מ-LPP fusion. ניסויי כוח היתוך הם באלפית האחוז מסך החשמל החוצה לעומת חשמל פנימה.
בעולם יש רק 25 טון של טריטיום. זה לא קורה באופן טבעי. כור היתוך DT (דוטריום וטריטיום) המייצר ג'יגה וואט יזדקק לכ-150 טון טריטיום בשנה. טריטיום מיוצר כיום בכורי ביקוע גרעיניים מתוצרת CANDU (קנדה).
תוכניות כור ההיתוך של DT צריכות לטפל בגידול של הרבה טריטיום. זה אומר לייצר הרבה נויטרונים זולים כדי להמיר ביעילות ליתיום לטריטיום. זה כמו לומר שתהיה לנו תוכנית ביקוע גרעיני לייצר כמויות שופעות של פלוטוניום. פלוטוניום אינו מופיע בטבע, אך ניתן ליצור אותו על ידי תגובה של אורניום 238 עם נויטרונים. אורניום 238 הוא 94% ממה שאנשים מכנים פסולת גרעינית. אורניום 238 הוא כ-99.3% מהאורניום הקיים באופן טבעי ו-97% ממוטות הדלק הגרעיניים הטריים הנוכחיים.
מדינה שיכולה לייצר הרבה נויטרונים זולים כדי לגדל הרבה טריטיום, פירושה שמדינה זו תוכל גם לגדל הרבה פלוטוניום. כל מדינה שיכולה לגדל הרבה פלוטוניום יכולה לייצר הרבה פצצות ביקוע גרעיני.
אני למעשה יחסית בסדר עם זה כי אני חושב שפצצות ביקוע גרעיני יהפכו למיושנות. העולם יתקדם לטכנולוגיה הרבה יותר טובה בחלל ובאנרגיה ואז ההרס של פצצות ביקוע לא תהיה אסטרטגית צבאית ותהפוך פחות חשובה מבחינה צבאית. זה לא אומר שצריך לעודד הפצה. צריך לנקוט בצעדים כדי לא להיות טיפשים, אבל עולם עם שליטה בגרעין לאנרגיה והנעת חלל פירושו עולם שבו נשק גרעיני הוא טריוויאלי יחסית. הם יהפכו כמו בקבוקי תבערה.
פיתוח מוצלח של היתוך גרעיני לאנרגיה צריך לחרוג מכל הרמה הקטנה הזו של כוח נוכחי שנוצר ביחס לכוח המשמש ולעשות זאת בצורה כלכלית. הפרויקטים של Tokomak צריכים לייצר באופן מרומז את הכוח החיובי הזה נטו תוך החזקת פלזמה במשך שנים במקום שניות. אני אוהב פרויקטים של היתוך גרעיני שמתכננים לא להחזיק פלזמה. הפרויקטים האלה משתמשים בכוח דופק. הם לזמן קצר (שברים זעירים של שניות) יוצרים תנאי היתוך ומנסים להשיג כמויות עצומות של כוח ולהוציא את הכוח מבלי להשתמש בטורבינה. שימוש בטורבינה פירושו שמירה על היתוך כמו מפעלי ביקוע גרעיני שפועלים כעת כמו מפעלי פחם. טורבינות עובדות עם כמות גדולה של חום מתמשך. תחשוב על שריפות פחם מסיביות.
LPP Fusion היא חברה קטנה שמנסה להגיע להיתוך גרעיני מתקדם שזכו למימון של כמה מיליוני דולרים בלבד. עם זאת, אחוז הספק באחוז היציאה מהכוח הם קרובים מאוד ל-JET הגדול (Joint European Torus). LPP Fusion, Helion Energy, HB11 Fusion, TAE מנסים ללכת על צורות של היתוך פעימות. ראה את התמונה העליונה במאמר זה. דגשים בתוכנית LPP Fusion נמצאים להלן.
אני גם מעדיף פרויקטים שנועדו לתגובות היתוך מתקדמות. 1 מיליארד מעלות במקום 100 מיליון מעלות.
הנה תמונת גיליון אלקטרוני למעקב אחר פרויקט ההיתוך הגרעיני שלי.
הנה כמה שקופיות מ-LPP Fusion.
בריאן וואנג הוא מוביל מחשבה עתידני ובלוגר מדע פופולרי עם מיליון קוראים בחודש. הבלוג שלו Nextbigfuture.com מדורג במקום ה -1 בלוג חדשות המדע. הוא מכסה טכנולוגיות ומגמות משבשות רבות, כולל חלל, רובוטיקה, בינה מלאכותית, רפואה, ביוטכנולוגיה אנטי-אייג'ינג וננוטכנולוגיה.
הוא ידוע בזיהוי טכנולוגיות חדישות, כיום הוא מייסד שותף של סטארט-אפ וגיוס תרומות עבור חברות בשלב מוקדם פוטנציאלי. הוא ראש המחקר להקצאות השקעות טכנולוגיות עמוקות ומשקיע אנג'ל במלאכי חלל.
הוא היה דובר תכופים בתאגידים, הוא היה דובר TEDx, דובר באוניברסיטת סינגולריות והתארח בראיונות רבים לרדיו ולפודקאסטים. הוא פתוח לנאום וליווי התקשרויות בפומבי.
