У мене є досить вичерпне розуміння величезних проблем, необхідних для створення комерційної енергії ядерного синтезу. Ось чому я більш оптимістично налаштований щодо ядерного поділу розплавленої солі. Я намагаюся пояснити це у двох відео. Однак це складна тема. Я постараюся викласти це якомога чіткіше та стисло.
Наскільки далеко в комерційному ядерному синтезі?
Я вважаю, що технологічні прориви все ще потрібні. Протягом останніх десятиліть у роботі над ядерним синтезом домінували проекти Токомак (ITER, JET і південнокорейський Токомак і китайський Токомак). Токомак утримує плазму ядерного синтезу в магнітному полі у формі бублика. Потрібні роки, щоб проекти розгорнулися до спроб створити термоядерний синтез протягом кількох секунд, і термоядерний синтез приблизно в 1000 разів перевищує реальну чисту енергію.
Є багато способів спробувати розробити ядерний синтез для виробництва енергії. Єдине значення починається щоб повідомити нам, наскільки близький експеримент термоядерного синтезу до чистої потужності: потрійний добуток термоядерного синтезу. Потрійний добуток є добутком трьох атрибутів термоядерної плазми:
n густина іонів у плазмі (іонів/кубічний метр)
T температура цих іонів (кеВ2)
τE час утримання енергії (сек.)
Реакцією термоядерного синтезу з найнижчим (він же найбільш досяжним) порогом потрійного продукту є синтез дейтерію та тритію (D-T), двох ізотопів водню. Термоядерна електростанція, що працює на паливі D-T, матиме потрійний продукт приблизно 5×10^21 м-3 кеВ·с або більше. Є багато інших вимог для комерційно життєздатної електростанції але потрійний продукт — це мінімальна технічна віха.
Приємною властивістю потрійного продукту є те, що він не залежить від конкретної схеми, яка використовується для створення термоядерної плазми, тому його можна використовувати для порівняння продуктивності різних типів підходів до термоядерного синтезу. Це значуща величина в схемах магнітного утримання (токамаки, стеларатори), схемах інерційного утримання (лазерний термоядерний синтез) і магнітоінерціальних схемах (MagLIF, стиснення FRC).
Експеримент з багатомільярдним реактором JET (Joint European Torus) діяв десятиліттями. Я думаю, що для його фінансування було близько 100 мільйонів євро на рік або більше. У березні 2019 року уряд Великобританії та Європейська комісія підписали продовження контракту з JET. Це гарантувало роботу JET до кінця 2024 року незалежно від ситуації з Brexit. У грудні 2020 року почалася модернізація JET з використанням тритію в рамках внеску в ITER. 21 грудня 2021 року JET виробив 59 мегаджоулів, використовуючи дейтерій-тритієве паливо, підтримуючи термоядерний синтез протягом п’ятисекундного імпульсу, побивши свій попередній рекорд у 21.7 мегаджоуля з Q = 0.33, встановлений у 1997 році. Стівен Кривіт зазначає, що для цього знадобилося близько 700 мегават електроенергії для виробництва 59 мегаджоулів протягом п'яти секунд. Q = 0.33 становить 33% від енергії в плазмі та з неї. 700 мегават для живлення цього протягом п’яти секунд означатимуть близько 3.5 мільярдів джоулів, щоб отримати 59 мегаджоулів із плазми. Потужність стіни приблизно в 60 разів менша, і тоді потужність плазми потрібно буде перетворити назад на електрику. Це стосується більш чесних діячів з LPP fusion. Експерименти з термоядерною енергією становлять одну тисячну відсотка загальної вихідної та вхідної електроенергії.
У світі є лише 25 тонн тритію. Це не відбувається природним шляхом. Реактор термоядерного синтезу D-T (дейтерій і тритій), який генерує гігават, потребує приблизно 150 тонн тритію на рік. Зараз тритій виробляється на важководних ядерних реакторах CANDU (Канада).
У планах термоядерного реактора D-T необхідно звернути увагу на вирощування великої кількості тритію. Це означає генерацію великої кількості дешевих нейтронів для ефективного перетворення літію на тритій. Це все одно, що сказати, що ми матимемо план ядерного поділу, щоб отримати велику кількість плутонію. Плутоній не зустрічається в природі, але ви можете отримати його шляхом реакції урану 238 з нейтронами. Уран 238 становить 94% того, що люди називають ядерними відходами. Уран 238 становить приблизно 99.3% урану, що зустрічається в природі, і 97% сучасних ядерних паливних стержнів.
Країна, яка може генерувати багато дешевих нейтронів для виведення великої кількості тритію, означатиме, що ця країна також може виробляти багато плутонію. Будь-яка країна, яка може виробляти багато плутонію, може виготовити багато ядерних бомб.
Насправді я відносно добре ставлюся до цього, тому що я думаю, що ядерні бомби застаріють. Світ прогресуватиме до набагато кращих технологій у космосі та енергетиці, тоді руйнівність ядерних бомб не буде військово-стратегічною та стане менш важливою у військовому плані. Це не означає, що слід заохочувати розповсюдження. Необхідно вжити заходів, щоб не бути дурними, але світ, який володіє ядерною енергією та космічним двигуном, означатиме світ, де ядерна зброя є відносно тривіальною. Вони стануть як коктейлі Молотова.
Успішна розробка ядерного синтезу для отримання енергії має вийти за межі всього цього невеликого рівня поточної генерованої потужності відносно споживаної енергії та зробити це економно. Проекти Tokomak мають неявно генерувати цю чисту позитивну потужність, утримуючи плазму роками замість секунд. Мені подобаються проекти ядерного синтезу, які планують не містити плазму. Ці проекти використовують імпульсне живлення. Вони короткочасно (маленькі частки секунди) створюють умови термоядерного синтезу та намагаються отримати величезну кількість енергії та вивести її без використання турбіни. Використання турбіни означає підтримку термоядерного синтезу, подібного до ядерних установок, які зараз працюють як вугільні. Турбіни працюють з великою кількістю постійного тепла. Подумайте про масштабні локалізовані вугільні пожежі.
LPP Fusion — це невелика компанія, яка намагається розробити передовий ядерний синтез і має лише кілька мільйонів доларів фінансування. Однак відношення вхідної потужності до відсотка вихідної потужності дуже близьке до великого JET (Joint European Torus). LPP Fusion, Helion Energy, HB11 Fusion, TAE намагаються використовувати форми імпульсного термоядерного синтезу. Дивіться верхнє зображення в цій статті. Основні моменти плану LPP Fusion наведено нижче.
Я також віддаю перевагу проектам, спрямованим на передові реакції термоядерного синтезу. 1 мільярд градусів замість 100 мільйонів градусів.
Ось зображення електронної таблиці відстеження мого проекту ядерного синтезу.
Ось деякі слайди з LPP Fusion.
Брайан Ванг - лідер думок футуристів та популярний науковий блогер із 1 мільйоном читачів на місяць. Його блог Nextbigfuture.com посідає перше місце у блозі «Наукові новини». Він охоплює багато руйнівних технологій та тенденцій, включаючи космос, робототехніку, штучний інтелект, медицину, біотехнології проти старіння та нанотехнології.
Відомий тим, що визначає передові технології, в даний час він є співзасновником стартапу та збирання коштів для потенційних компаній на ранніх етапах. Він є керівником досліджень з питань розподілу інвестицій у глибокі технології та інвестором -ангелом у Space Angels.
Частий доповідач у корпораціях, він був спікером TEDx, спікером Університету Сингулярності та гостем у численних інтерв'ю для радіо та подкастів. Він відкритий для публічних виступів та консультування.
