В маленьком индустриальный парк, расположенный почти на полпути между Лос-Анджелесом и Сан-Диего, одна компания утверждает, что достигла важной вехи в разработке новой технологии производства энергии с помощью ядерного синтеза.
Двадцатилетний разработчик технологии термоядерной энергии TAE Technologies заявил, что его реакторы могут быть запущены в промышленных масштабах к концу десятилетия благодаря своей новой способности производить стабильную плазму при температуре более 50 миллионов градусов (почти в два раза горячее, чем солнце). ,.
Перспективы термоядерной энергии, почти безграничного источника энергии с небольшими выбросами и отсутствием углеродного следа, были реализованы через десять лет из почти семидесяти лет с тех пор, как человечество впервые использовало мощь ядерной энергии. Но множество компаний, включая TAE, General Fusion, Commonwealth Fusion Systems и множество других в Северной Америке и по всему миру, стремительно развиваются, стремясь перенести технологии из области научной фантастики в реальный мир.
Для TAE Technologies это достижение служит подтверждением работы всей жизни Нормана Ростокера, одного из соучредителей компании, который посвятил свою жизнь исследованиям в области термоядерной энергии и умер до того, как увидел, что компания, которую он помог создать, достигла своего последнего рубежа.
«Это невероятно полезная веха и достойная дань уважения видению моего покойного наставника Нормана Ростокера», – сказал нынешний генеральный директор TAE Майкл Биндербауэр в заявлении, в котором объявляется о достижениях компании. «Норман и я написали статью в 1990-х годах, в которой предположили, что определенная плазма, в которой преобладают высокоэнергетические частицы, должна становиться все более удерживаемой и стабильной по мере повышения температуры. Теперь мы смогли продемонстрировать это поведение плазмы с неопровержимыми доказательствами. Это убедительное подтверждение нашей работы за последние три десятилетия и очень важная веха для TAE, которая доказывает, что законы физики на нашей стороне ».
Наследие Ростокера живет внутри TAE через технологическую платформу компании, которая называется «Норман». За последние 18 месяцев эта технология продемонстрировала стабильную производительность, достигая более 50 миллионов градусов за несколько сотен циклов испытаний.
Шесть лет назад компания доказала, что ее конструкция реактора может поддерживать плазму бесконечно долго, а это означает, что после включения реакции термоядерная реакция может продолжаться бесконечно. Теперь, по словам компании, она достигла температуры, необходимой для того, чтобы ее реакторы стали коммерчески жизнеспособными.
Именно благодаря этим вехам TAE смогла привлечь дополнительно 280 миллионов долларов финансирования, доведя общую сумму до 880 миллионов долларов и сделав это одним из наиболее финансируемых частных проектов в области ядерного синтеза в мире.
«Нормандский рубеж вселяет в нас высокую степень уверенности в том, что наш уникальный подход делает слияние технологическим и, что более важно, экономически доступным», – сказал Биндербауэр. «По мере того, как мы переходим от фазы научной проверки к разработке коммерческих решений как для наших технологий термоядерного синтеза, так и для управления энергопотреблением, TAE станет важным участником модернизации всей энергосистемы».
Компания пока не производит электроэнергию и не будет в обозримом будущем. По словам Биндербауэра, следующая цель компании – разработать технологию до такой степени, чтобы она могла создать условия, необходимые для получения энергии из реакции синтеза.
«Энергия очень маленькая. Это несущественно. Это иголка в стоге сена, – сказал Биндербауэр. «Что касается различимости энергии, мы можем использовать его для диагностики».
TAE Technologies Michl Binderbauer стоит рядом с новым термоядерным реактором компании. Кредит изображения: TAE Technologies
Следуй за Солнцем
TAE Technologies потребовалось 150 миллионов долларов и пять итераций, чтобы добраться до Norman, своего национального термоядерного устройства лабораторного масштаба. Компания заявила, что провела более 25000 экспериментов в активной зоне полностью интегрированного термоядерного реактора, оптимизированных с помощью программ машинного обучения, разработанных в сотрудничестве с Google, и вычислительной мощности программы INCITE Министерства энергетики, которая использует вычисления на экзафлопсном уровне, сообщает TAE Technologies.
Новая машина была впервые запущена летом 2017 года. Прежде чем ее смогли построить, TAE Technologies провела десятилетие экспериментов, чтобы даже приблизиться к созданию физического прототипа. К 2008 году началось первое строительство комплексных экспериментов по созданию плазменного ядра и наполнению его некоторыми энергичными частицами. По словам Биндербауэра, стоимость только фидерной технологии и балок составляет 100 миллионов долларов. Затем компании потребовалось разработать другие технологии, такие как вакуумное кондиционирование. Также необходимо было внедрить механизмы управления мощностью, чтобы гарантировать, что источник питания компании мощностью 3 мегаватта может храниться в достаточном количестве систем герметизации, чтобы обеспечить реакцию мощностью 750 мегаватт.
Наконец, необходимо было использовать возможности машинного обучения у таких компаний, как Google, и использовать вычислительные мощности Министерства энергетики для управления вычислениями, которые могли бы использовать теоремы, которые определяли работу всей жизни Ростокера, и доказать, что они могут быть реализованы. .
«К тому времени, когда Norman стал действующей машиной, у нас было четыре поколения устройств, предшествующих ему. Из них было два полностью интегрированных и два поколения дополнительных машин, которые могли делать некоторые из них, но не все ».
Горящие проблемы термоядерной энергии
Хотя термоядерный синтез является многообещающим источником энергии с нулевым содержанием углерода, он не лишен некоторых серьезных ограничений, как отметил Энди Джассби, бывший главный физик Принстонской лаборатории физики плазмы в статье Бюллетеня ученых-атомщиков за 2017 год.
Джассби писал:
Связанные с Землей термоядерные реакторы, сжигающие богатые нейтронами изотопы, имеют побочные продукты, которые далеко не безвредны: потоки энергичных нейтронов составляют 80 процентов энергии синтеза, выделяемой дейтерий-тритиевыми реакциями и 35 процентов дейтерий-дейтериевых реакций.
Теперь источник энергии, состоящий на 80 процентов из потоков энергичных нейтронов, может быть идеальным нейтрон источник, но действительно странно, что его когда-либо провозгласили идеальным электрические Энергетический ресурс. Фактически, эти нейтронные потоки непосредственно приводят к четырем прискорбным проблемам ядерной энергетики: радиационное повреждение конструкций; радиоактивные отходы; необходимость биологической защиты; и потенциал производства оружейного плутония-239, что увеличивает угрозу распространения ядерного оружия, а не уменьшает ее, как этого хотели бы сторонники термоядерного синтеза.
Вдобавок, если термоядерные реакторы действительно осуществимы – как здесь предполагается, – они будут разделять некоторые из других серьезных проблем, с которыми сталкиваются реакторы деления, включая выброс трития, огромные потребности в теплоносителе и высокие эксплуатационные расходы. Также будут дополнительные недостатки, присущие только термоядерным устройствам: использование топлива (трития), которое не встречается в природе и должно пополняться самим реактором; и неизбежные утечки электроэнергии на месте, которые резко сокращают доступную для продажи электроэнергию.
По словам представителя компании, TAE Technologies осведомлена о проблемах, и компания отметила проблемы, которые Jassby поднял при разработке своего продукта.
«Все упоминания о тритии – это именно то, почему TAE с самого начала (начало 90-х годов) сосредоточила внимание на pB-11 в качестве сырья. TAE достигнет условий DT в качестве естественной ступеньки к pB-11, потому что он готовится при «всего» 100 млн c, тогда как pB-11 превышает 1 млн c », – написал представитель в ответе. «Казалось бы, гораздо сложнее масштабировать до 1M, но то, что доказывает эта веха, – это« закон масштабирования »для того типа слияния, который генерирует TAE – в FRC (линейный дизайн« Нормана », в отличие от пончика Токамаки) чем горячее плазма, тем стабильнее она становится. Это противоположность [Tokamak]. Эта веха дает им научную уверенность в том, что они могут повысить температуру от DT до pB11 и реализовать синтез с бором – дешевым, аневтронным, в большом количестве – идеальным наземным сырьем (давайте не будем заниматься добычей гелия-3 на Луне!) ».
Что касается энергопотребления, то термоядерный реактор TAE может преобразовывать сетку мощностью 2 МВт в импульсы мощностью 750 МВт на машине без отключения энергосистемы округа Ориндж (и необходимости доказывать это SCE) и масштабировать энергопотребление за микросекунды для формования и корректировки плазмы в режиме реального времени, – написал представитель.
Фактически, TAE собирается выделить свою технологию управления питанием в отдельный бизнес, сфокусированный на сокращении пиковых нагрузок, хранении энергии и управлении батареями в сети и в электромобилях.
«Более безопасная» технология термоядерного синтеза?
Топливный цикл водород-бор, или p-B11, является, по словам компании, самым распространенным источником топлива на Земле и будет основным сырьем для реактора TAE Technologies, согласно заявлению компании. Но первоначально TAE, как и большинство других компаний, которые в настоящее время разрабатывают термоядерные технологии, будет работать с дейтерий-тритием в качестве источника топлива.
Демонстрационный объект «Коперник», который будет построен с использованием части нового капитала, о привлечении которого компания объявила, начнет работу по топливному циклу DT и в конечном итоге перейдет на него. Со временем TAE надеется получить лицензию на технологию DT, добиваясь своей конечной цели.
По методу «деньги по этапам» компания финансирует несколько самых богатых семей, фирм и компаний мира. Vulcan, Venrock, NEA, Wellcome Trust, Google и Управление инвестиций Кувейта – все это спонсоры. То же самое и с семейными офисами Аддисон Фишер, Арта Самберга и Чарлза Шваба.
«TAE творит чудеса, в которых нуждается 21 век», – сказал Аддисон Фишер, директор совета директоров TAE и давний инвестор, который десятилетиями занимается вопросами сохранения и защиты окружающей среды. Фишер также основал VeriSign и является пионером в определении и внедрении технологий безопасности, лежащих в основе современной электронной торговли. «Последнее финансирование TAE позволяет компании предпринять предпоследний шаг по внедрению экологически безопасных решений для аневтронного ядерного синтеза и управления энергопотреблением, которые принесут пользу планете».