Am o înțelegere destul de cuprinzătoare a provocărilor uriașe necesare pentru a crea energie comercială de fuziune nucleară. Acesta este motivul pentru care sunt mai optimist cu privire la fisiunea nucleară cu sare topită. Încerc să explic asta în două videoclipuri. Totuși, acesta este un subiect complex. Voi încerca să precizez acest lucru cât mai clar și pe scurt posibil aici.
Cât de departe în fuziunea nucleară comercială?
Cred că sunt încă necesare descoperiri tehnologice. Ultimele decenii de muncă la fuziunea nucleară au fost dominate de proiectele Tokomak (ITER, JET și un Tokomak sud-coreean și un Tokomak chinez). Tokomak țin plasma de fuziune nucleară într-un câmp magnetic în formă de gogoși. Este nevoie de ani pentru ca proiectele să creeze încercări de a crea fuziune pentru câteva secunde, iar fuziunea este de aproximativ 1000 de ori distanță de energia netă reală.
Există multe modalități de a încerca să dezvoltați fuziunea nucleară pentru a genera energie. O singură valoare începe pentru a ne spune cât de aproape este un experiment de fuziune de puterea netă: produsul triplu de fuziune. Produsul triplu este produsul a trei atribute ale unei plasme de fuziune:
n densitatea ionilor din plasmă (ioni/metru cub)
T temperatura acelor ioni (keV2)
τE timpul de izolare a energiei (secunde)
Reacția de fuziune cu cel mai scăzut (aka cel mai realizabil) prag de produs triplu este fuziunea de deuteriu și tritiu (DT), doi izotopi ai hidrogenului. O centrală electrică de fuziune care funcționează cu combustibil DT va avea un produs triplu de aproximativ 5×10^21 m-3 keV s sau mai mare. Sunt multe alte cerințe pentru o centrală electrică viabilă din punct de vedere comercial dar produsul triplu este o etapă tehnică minimă.
O proprietate bună a produsului triplu este că este independent de schema particulară utilizată pentru a crea plasmă de fuziune, astfel încât să poată fi utilizat pentru a compara performanța în diferite tipuri de abordări ale fuziunii. Este o cantitate semnificativă în schemele de izolare magnetică (tokamak-uri, stelaratori), schemele de izolare inerțială (fuziune cu laser) și schemele magneto-inerțiale (MagLIF, compresia FRC-urilor).
Experimentul cu mai multe miliarde de reactoare JET (Joint European Torus) a funcționat de zeci de ani. Cred că a fost la aproximativ 100 de milioane de euro pe an sau mai mult pentru finanțarea sa. În martie 2019, guvernul Regatului Unit și Comisia Europeană au semnat o prelungire a contractului pentru JET. Acest lucru a garantat operațiunile JET până la sfârșitul anului 2024, indiferent de situația Brexit. În decembrie 2020, a început o actualizare JET folosind tritiu, ca parte a contribuției sale la ITER. La 21 decembrie 2021, JET a produs 59 de megajouli folosind combustibil deuteriu-tritiu în timp ce a susținut fuziunea în timpul unui impuls de cinci secunde, depășind recordul său anterior de 21.7 megajouli cu Q = 0.33, stabilit în 1997. Steven Krivit subliniază că a fost nevoie de aproximativ 700 de megawați de electricitate pentru a produce cei 59 de megajouli în cinci secunde. Q = 0.33 este 33% din energie în și din plasmă. 700 de megawați pentru a alimenta acest lucru timp de cinci secunde ar fi aproximativ 3.5 miliarde de jouli pentru a scoate 59 de megajouli din plasmă. Puterea peretelui este de aproximativ 60 de ori mai mică și apoi puterea din plasmă ar trebui convertită înapoi în electricitate. Aceasta se referă la cifrele mai oneste din fuziunea LPP. Experimentele cu puterea de fuziune sunt la o miime de procent din totalul de energie electrică ieșită față de electricitatea din intrare.
Lumea are doar 25 de tone de tritiu. Nu apare în mod natural. Un reactor de fuziune DT (deuteriu și tritiu) care generează un gigawatt ar avea nevoie de aproximativ 150 de tone de tritiu pe an. Tritiul este produs în prezent la reactoarele de fisiune nucleară CANDU (canadian) cu apă grea.
Planurile reactorului de fuziune DT trebuie să abordeze reproducerea multor tritiu. Aceasta înseamnă generarea unei mulțimi de neutroni ieftini pentru a converti eficient litiul în tritiu. Este ca și cum ai spune că am avea un plan de fisiune nucleară pentru a produce cantități abundente de plutoniu. Plutoniul nu se găsește în natură, dar îl puteți obține prin reacția uraniului 238 cu neutroni. Uraniul 238 reprezintă 94% din ceea ce oamenii numesc deșeuri nucleare. Uraniul 238 reprezintă aproximativ 99.3% din uraniul natural și 97% din barele de combustibil nuclear proaspăt actuale.
O țară care poate genera o mulțime de neutroni ieftini pentru a genera o mulțime de tritiu ar însemna că acea țară ar putea reproduce și o mulțime de plutoniu. Orice țară care poate produce o mulțime de plutoniu poate produce o mulțime de bombe nucleare cu fisiune.
De fapt, sunt relativ de acord cu asta pentru că cred că bombele cu fisiune nucleară vor deveni depășite. Lumea va progresa către o tehnologie mult mai bună în spațiu și energie, atunci distructivitatea bombelor cu fisiune nu va fi strategic militar și va deveni mai puțin importantă din punct de vedere militar. Acest lucru nu înseamnă că proliferarea ar trebui încurajată. Ar trebui luate măsuri pentru a nu fi prost, dar o lume cu stăpânire a nuclearului pentru energie și propulsie spațială va însemna o lume în care armele nucleare sunt relativ banale. Vor deveni ca niște cocktailuri molotov.
Dezvoltarea cu succes a fuziunii nucleare pentru energie trebuie să depășească acest nivel mic de putere curentă generată în raport cu puterea utilizată și să o facă din punct de vedere economic. Proiectele Tokomak trebuie să genereze implicit această putere netă pozitivă în timp ce țin plasmă ani de zile în loc de secunde. Îmi plac proiectele de fuziune nucleară care intenționează să nu rețină plasmă. Aceste proiecte folosesc putere pulsată. Ei pentru scurt timp (fracțiuni mici de secundă) creează condiții de fuziune și încearcă să obțină cantități masive de putere și să scoată puterea fără a folosi o turbină. Utilizarea unei turbine înseamnă susținerea fuziunii precum centralele de fisiune nucleară care funcționează acum ca centralele pe cărbune. Turbinele funcționează cu o cantitate mare de căldură susținută. Gândiți-vă la incendii masive de cărbune.
LPP Fusion este o companie mică care încearcă să ajungă la fuziune nucleară avansată, care a avut doar câteva milioane de dolari în finanțare. Cu toate acestea, procentul de putere intrat la procentul de putere ieșit sunt foarte aproape de marele JET (Joint European Torus). LPP Fusion, Helion Energy, HB11 Fusion, TAE încearcă să opteze pentru forme de fuziune pulsată. Vezi imaginea de sus din acest articol. Principalele aspecte ale planului LPP Fusion sunt mai jos.
De asemenea, prefer proiectele care merg pentru reacții de fuziune avansate. 1 miliard de grade în loc de 100 de milioane de grade.
Iată imaginea din foaia de calcul de urmărire a proiectului meu de fuziune nucleară.
Iată câteva diapozitive de la LPP Fusion.
Brian Wang este un lider gânditor futurist și un popular blogger științific, cu 1 milion de cititori pe lună. Blogul său Nextbigfuture.com este clasat pe locul 1 pe Știrile știrilor. Acoperă multe tehnologii și tendințe perturbatoare, inclusiv spațiu, robotică, inteligență artificială, medicină, biotehnologie anti-îmbătrânire și nanotehnologie.
Cunoscut pentru identificarea tehnologiilor de vârf, el este în prezent co-fondator al unui startup și strângere de fonduri pentru companii cu potențial ridicat în faza incipientă. El este șeful cercetării pentru alocări pentru investiții în tehnologie profundă și un investitor înger la Space Angels.
Vorbitor frecvent la corporații, a fost vorbitor TEDx, vorbitor al Singularity University și invitat la numeroase interviuri pentru radio și podcast-uri. El este deschis vorbirii publice și consilierii angajamentelor.
