Tôi có sự hiểu biết rất toàn diện về những thách thức to lớn cần thiết để tạo ra năng lượng nhiệt hạch hạt nhân thương mại. Đây là lý do tại sao tôi lạc quan hơn về phản ứng phân hạch hạt nhân muối nóng chảy. Tôi cố gắng giải thích điều này trong hai video. Tuy nhiên, đây là một chủ đề phức tạp. Tôi sẽ cố gắng trình bày điều này một cách rõ ràng và ngắn gọn nhất có thể ở đây.
Làm thế nào xa trong phản ứng tổng hợp hạt nhân thương mại?
Tôi tin rằng những đột phá về công nghệ vẫn cần thiết. Những thập kỷ gần đây, công việc nghiên cứu phản ứng tổng hợp hạt nhân chủ yếu là các dự án Tokomak (ITER, JET, Tokomak của Hàn Quốc và Tokomak của Trung Quốc). Tokomak giữ plasma tổng hợp hạt nhân trong từ trường hình bánh rán. Phải mất nhiều năm để các dự án xây dựng nhằm cố gắng tạo ra phản ứng tổng hợp trong vài giây và phản ứng tổng hợp cách xa năng lượng ròng thực sự khoảng 1000 lần.
Có nhiều cách cố gắng phát triển phản ứng tổng hợp hạt nhân để tạo ra năng lượng. Một giá trị duy nhất bắt đầu để cho chúng ta biết một thí nghiệm nhiệt hạch gần với công suất thực như thế nào: tích ba phản ứng nhiệt hạch. Sản phẩm ba là sản phẩm của ba thuộc tính của plasma nhiệt hạch:
n mật độ ion trong plasma (ion/mét khối)
T nhiệt độ của các ion đó (keV2)
τE thời gian giam giữ năng lượng (giây)
Phản ứng nhiệt hạch có ngưỡng sản phẩm ba thấp nhất (hay còn gọi là có thể đạt được nhất) là phản ứng tổng hợp deuterium và tritium (DT), hai đồng vị của hydro. Một nhà máy điện nhiệt hạch chạy bằng nhiên liệu DT sẽ có tích gấp ba khoảng 5×10^21 m-3 keV s hoặc lớn hơn. Có nhiều yêu cầu khác đối với một nhà máy điện có khả năng thương mại nhưng sản phẩm ba là một cột mốc kỹ thuật tối thiểu.
Một đặc tính hay của bộ ba sản phẩm là nó độc lập với sơ đồ cụ thể được sử dụng để tạo ra plasma nhiệt hạch nên có thể sử dụng nó để so sánh hiệu suất giữa các loại phương pháp tiếp cận nhiệt hạch khác nhau. Đó là một đại lượng có ý nghĩa trong các sơ đồ giam cầm từ tính (tokamaks, Stellarator), sơ đồ giam cầm quán tính (phản ứng tổng hợp laser) và sơ đồ quán tính từ tính (MagLIF, nén FRC).
Thí nghiệm lò phản ứng JET (Joint European Torus) trị giá hàng tỷ đô la đã hoạt động trong nhiều thập kỷ. Tôi nghĩ nguồn tài trợ của nó là khoảng 100 triệu euro mỗi năm hoặc hơn. Vào tháng 2019 năm 2024, Chính phủ Anh và Ủy ban Châu Âu đã ký gia hạn hợp đồng cho JET. Điều này đảm bảo hoạt động của JET cho đến cuối năm 2020 bất kể tình hình Brexit. Vào tháng 21 năm 2021, quá trình nâng cấp JET bắt đầu sử dụng triti, như một phần đóng góp của nó cho ITER. Vào ngày 59 tháng 21.7 năm 0.33, JET đã tạo ra 1997 megajoule sử dụng nhiên liệu deuterium-tritium trong khi duy trì phản ứng tổng hợp trong xung 700 giây, đánh bại kỷ lục trước đó là 59 megajoule với Q = 0.33, được thiết lập vào năm 33. Steven Krivit chỉ ra rằng họ cần khoảng XNUMX megawatt điện điện để tạo ra XNUMX megajoule trong XNUMX giây. Q = XNUMX là XNUMX% của năng lượng vào và ra khỏi plasma. 700 megawatt để cung cấp năng lượng cho thiết bị này trong 3.5 giây sẽ là khoảng 59 tỷ joules để tạo ra 60 megajoule từ plasma. Nguồn điện trên tường ít hơn khoảng XNUMX lần và sau đó nguồn điện từ plasma sẽ cần được chuyển đổi thành điện năng. Điều này dẫn đến những số liệu trung thực hơn từ phản ứng tổng hợp LPP. Các thí nghiệm về năng lượng nhiệt hạch chiếm tỷ lệ một phần nghìn phần trăm tổng lượng điện ra so với lượng điện vào.
Thế giới chỉ có 25 tấn Tritium. Nó không xảy ra một cách tự nhiên. Một lò phản ứng nhiệt hạch DT (deuterium và tritium) tạo ra một gigawatt sẽ cần khoảng 150 tấn Tritium mỗi năm. Tritium hiện được sản xuất tại các lò phản ứng phân hạch hạt nhân nước nặng CANDU (Canada).
Các kế hoạch lò phản ứng nhiệt hạch DT cần giải quyết vấn đề tạo ra nhiều Tritium. Điều này có nghĩa là tạo ra nhiều neutron rẻ tiền để chuyển đổi lithium thành Tritium một cách hiệu quả. Điều này giống như nói rằng chúng ta sẽ có kế hoạch phân hạch hạt nhân để tạo ra lượng Plutonium dồi dào. Plutonium không tồn tại trong tự nhiên nhưng bạn có thể tạo ra nó bằng cách cho Uranium 238 phản ứng với neutron. Uranium 238 chiếm 94% chất thải hạt nhân. Uranium 238 chiếm khoảng 99.3% Uranium tự nhiên và 97% thanh nhiên liệu hạt nhân mới hiện nay.
Một quốc gia có thể tạo ra nhiều neutron rẻ tiền để tạo ra nhiều Tritium có nghĩa là quốc gia đó cũng có thể tạo ra nhiều Plutonium. Quốc gia nào sản xuất được nhiều Plutonium đều có thể chế tạo được nhiều bom phân hạch hạt nhân.
Tôi thực sự tương đối đồng ý với điều này vì tôi nghĩ bom phân hạch hạt nhân sẽ trở nên lỗi thời. Thế giới sẽ tiến tới công nghệ tốt hơn rất nhiều về không gian và năng lượng thì sức tàn phá của bom phân hạch sẽ không còn mang tính chiến lược quân sự và sẽ trở nên ít quan trọng hơn về mặt quân sự. Điều này không có nghĩa là nên khuyến khích phổ biến vũ khí. Cần phải thực hiện các bước để không ngu ngốc, nhưng một thế giới làm chủ được năng lượng hạt nhân và sức đẩy không gian sẽ có nghĩa là một thế giới mà vũ khí hạt nhân tương đối tầm thường. Chúng sẽ giống như cocktail molotov.
Việc phát triển thành công phản ứng tổng hợp hạt nhân để lấy năng lượng phải vượt xa tất cả mức năng lượng hiện tại được tạo ra nhỏ bé này so với năng lượng được sử dụng và thực hiện điều đó một cách kinh tế. Các dự án Tokomak phải ngầm tạo ra sức mạnh tích cực ròng này trong khi giữ plasma trong nhiều năm thay vì vài giây. Tôi thích các dự án tổng hợp hạt nhân có kế hoạch không chứa plasma. Những dự án đó sử dụng năng lượng xung. Họ nhanh chóng (một phần rất nhỏ của giây) tạo ra các điều kiện nhiệt hạch và cố gắng tạo ra lượng điện năng khổng lồ và lấy điện ra mà không cần sử dụng tuabin. Sử dụng tua-bin có nghĩa là duy trì phản ứng tổng hợp giống như các nhà máy phân hạch hạt nhân hiện đang hoạt động giống như các nhà máy than. Tua bin hoạt động với một lượng nhiệt lớn duy trì. Hãy nghĩ đến những đám cháy than khổng lồ.
LPP Fusion là một công ty nhỏ đang cố gắng đạt được phản ứng tổng hợp hạt nhân tiên tiến nhưng chỉ có vài triệu đô la tài trợ. Tuy nhiên, tỷ lệ phần trăm công suất vào so với tỷ lệ phần trăm công suất hết thì chúng rất gần với JET lớn (Joint European Torus). LPP Fusion, Helion Energy, HB11 Fusion, TAE đang cố gắng hướng tới các dạng phản ứng tổng hợp xung. Xem hình ảnh trên cùng trong bài viết này. Dưới đây là những điểm nổi bật của kế hoạch LPP Fusion.
Tôi cũng thích các dự án có phản ứng nhiệt hạch tiên tiến hơn. 1 tỷ độ thay vì 100 triệu độ.
Đây là hình ảnh bảng tính theo dõi dự án tổng hợp hạt nhân của tôi.
Đây là một số slide từ LPP Fusion.
Brian Wang là một nhà lãnh đạo tư tưởng theo chủ nghĩa tương lai và là một blogger Khoa học nổi tiếng với 1 triệu độc giả mỗi tháng. Blog của anh ấy Nextbigfuture.com được xếp hạng # 1 Blog Tin tức Khoa học. Nó bao gồm nhiều công nghệ và xu hướng đột phá bao gồm Không gian, Người máy, Trí tuệ nhân tạo, Y học, Công nghệ sinh học chống lão hóa và Công nghệ nano.
Được biết đến với việc xác định các công nghệ tiên tiến, anh hiện là Đồng sáng lập của một công ty khởi nghiệp và gây quỹ cho các công ty giai đoạn đầu tiềm năng cao. Ông là Trưởng bộ phận Nghiên cứu Phân bổ cho các khoản đầu tư công nghệ sâu và là Nhà đầu tư Thiên thần tại Space Angels.
Là một diễn giả thường xuyên tại các tập đoàn, anh ấy đã từng là diễn giả của TEDx, diễn giả của Đại học Singularity và là khách mời trong nhiều cuộc phỏng vấn cho đài phát thanh và podcast. Anh ấy sẵn sàng nói trước công chúng và tư vấn cho các cam kết.
