Jag har en mycket omfattande förståelse för de enorma utmaningar som krävs för att skapa kommersiell kärnfusionskraft. Det är därför jag är mer optimistisk om kärnklyvning med smält salt. Jag försöker förklara detta i två videor. Detta är dock ett komplext ämne. Jag ska försöka uttrycka detta så tydligt och kortfattat som möjligt här.
Hur långt borta i kommersiell kärnfusion?
Jag tror att det fortfarande behövs tekniska genombrott. De senaste decenniernas arbete med kärnfusion har dominerats av Tokomak-projekten (ITER, JET och en sydkoreansk Tokomak och en kinesisk Tokomak). Tokomak håller kärnfusionsplasma i ett munkformat magnetfält. Det tar år för projekten att bygga upp till försök att skapa fusion under några sekunder och fusionen är ungefär 1000 gånger borta från verklig nettoenergi.
Det finns många sätt att försöka utveckla kärnfusion för att generera kraft. Ett enda värde startar för att berätta för oss hur nära ett fusionsexperiment är nettoeffekten: fusionstrippelprodukten. Trippelprodukten är produkten av tre egenskaper hos en fusionsplasma:
n jondensiteten i plasman (joner/kubikmeter)
T temperaturen för dessa joner (keV2)
τE energiinneslutningstiden (sekunder)
Fusionsreaktionen med den lägsta (aka mest möjliga) trippelprodukttröskeln är sammansmältningen av deuterium och tritium (DT), två isotoper av väte. Ett fusionskraftverk som körs på DT-bränsle kommer att ha en trippelprodukt på cirka 5×10^21 m-3 keV s eller mer. Det finns många andra krav på ett kommersiellt gångbart kraftverk men trippelprodukten är en minsta teknisk milstolpe.
En trevlig egenskap hos trippelprodukten är att den är oberoende av det speciella schemat som används för att skapa fusionsplasman så att den kan användas för att jämföra prestanda mellan olika typer av fusionsmetoder. Det är en meningsfull mängd i magnetiska inneslutningsscheman (tokamaks, stellaratorer), tröghetsinneslutningsscheman (laserfusion) och magneto-tröghetsscheman (MagLIF, komprimering av FRC).
JET-reaktorexperimentet med flera miljarder JET (Joint European Torus) har fungerat i decennier. Jag tror att det var cirka 100 miljoner euro per år eller mer för sin finansiering. I mars 2019 undertecknade den brittiska regeringen och Europeiska kommissionen en förlängning av kontraktet för JET. Detta garanterade JET-verksamhet till slutet av 2024 oavsett Brexit-situation. I december 2020 började en JET-uppgradering med tritium, som en del av dess bidrag till ITER. Den 21 december 2021 producerade JET 59 megajoule med deuterium-tritiumbränsle samtidigt som det upprätthöll fusion under en fem sekunders puls, vilket slog dess tidigare rekord på 21.7 megajoule med Q = 0.33, satt 1997. Steven Krivit påpekar att det tog cirka 700 megawatt av el för att producera de 59 megajoulena under fem sekunder. Q = 0.33 är 33 % av energi in och ut ur plasman. 700 megawatt för att driva detta i fem sekunder skulle vara cirka 3.5 miljarder joule för att få ut 59 megajoule från plasman. Väggeffekten är cirka 60 gånger mindre och då skulle strömmen ur plasman behöva omvandlas tillbaka till elektricitet. Detta går till de mer ärliga siffrorna från LPP fusion. Fusionskraftsexperiment ligger på en tusendels procent av total el ut kontra el in.
Världen har bara 25 ton tritium. Det förekommer inte naturligt. En DT (deuterium och tritium) fusionsreaktor som genererar en gigawatt skulle behöva cirka 150 ton tritium per år. Tritium produceras för närvarande i tungt vatten CANDU (kanadensiska) kärnklyvningsreaktorer.
DT-fusionsreaktorns planer måste ta itu med uppfödning av mycket tritium. Detta innebär att man genererar många billiga neutroner för att effektivt omvandla litium till tritium. Det är som att säga att vi skulle ha en kärnklyvningsplan för att göra rikliga mängder Plutonium. Plutonium förekommer inte i naturen men du kan göra det genom att reagera Uranium 238 med neutroner. Uran 238 är 94 % av vad folk kallar kärnavfall. Uran 238 är cirka 99.3 % av naturligt förekommande uran och 97 % av nuvarande färska kärnbränslestavar.
Ett land som kan generera många billiga neutroner för att föda upp mycket tritium skulle innebära att landet också skulle kunna föda upp mycket plutonium. Vilket land som helst som kan föda upp mycket Plutonium kan göra många kärnklyvningsbomber.
Jag är faktiskt relativt OK med detta eftersom jag tror att kärnklyvningsbomber kommer att bli föråldrade. Världen kommer att utvecklas till mycket bättre teknologi inom rymd och energi, då kommer destruktiviteten hos fissionsbomber inte att vara militärstrategisk och kommer att bli mindre viktig militärt. Därmed inte sagt att spridning bör uppmuntras. Åtgärder bör vidtas för att inte vara dumma, men en värld med behärskning av kärnkraft för energi och rymdframdrivning kommer att innebära en värld där kärnvapen är relativt triviala. De kommer att bli som molotovcocktails.
Att framgångsrikt utveckla kärnfusion för energi måste gå utöver all denna lilla nivå av nuvarande energi som genereras i förhållande till den energi som används och göra det ekonomiskt. Tokomak-projekten måste implicit generera denna positiva nettoeffekt samtidigt som de håller plasma i flera år istället för sekunder. Jag gillar kärnfusionsprojekt som planerar att inte hålla plasma. De här projekten använder pulskraft. De skapar kort (små bråkdelar av sekunder) fusionsförhållanden och försöker få enorma mängder kraft och få ut strömmen utan att använda en turbin. Att använda en turbin innebär att upprätthålla fusion som nukleära klyvningsanläggningar som nu fungerar som kolverk. Turbiner arbetar med en stor mängd ihållande värme. Tänk massiva kolbränder.
LPP Fusion är ett litet företag som försöker komma till avancerad kärnfusion som bara har haft några miljoner dollar i finansiering. Men, procentandel av ström in till procent av ström ut, de är mycket nära den stora JET (Joint European Torus). LPP Fusion, Helion Energy, HB11 Fusion, TAE försöker satsa på former av pulserad fusion. Se den översta bilden i den här artikeln. LPP Fusion-planens höjdpunkter finns nedan.
Jag föredrar också projekt som går för avancerade fusionsreaktioner. 1 miljard grader istället för 100 miljoner grader.
Här är mitt kalkylbladsbild för spårning av kärnfusionsprojekt.
Här är några bilder från LPP Fusion.
Brian Wang är en futuristisk tankeledare och en populär vetenskapbloggare med 1 miljon läsare per månad. Hans blogg Nextbigfuture.com är rankad som nummer 1 Science News Blog. Den täcker många störande teknik och trender, inklusive rymd, robotik, artificiell intelligens, medicin, anti-aging bioteknik och nanoteknik.
Känd för att identifiera banbrytande teknik, han är för närvarande en av grundarna av en start och insamling för högpotentiella företag i ett tidigt skede. Han är forskningschef för tilldelningar för djupa teknikinvesteringar och en ängelinvesterare på Space Angels.
Han har ofta varit talare på företag och har varit TEDx -talare, talare vid Singularity University och gäst på många intervjuer för radio och podcaster. Han är öppen för offentliga tal och rådgivning.
