Didorong Oleh Berbilion Dolar, Gabungan Nuklear Memasuki Zaman Baharu

Setelah mengumpulkan lebih daripada $3 bilion pada 2021 daripada orang seperti Bill Gates dan Jeff Bezos, pembangun gabungan menegaskan sumber tenaga sifar karbon ini boleh menjadi kenyataan dalam tempoh sedekad.

Jelas sekali bahawa pelakuran nuklear boleh berfungsi pada skala - lihat sahaja bintang. Selama 70 tahun ahli fizik telah bermimpi untuk membotolkan kuasa bintang itu dalam bentuk reaktor gabungan yang akan menggerakkan grid elektrik dengan tindak balas sifar karbon tanpa had yang sama yang menjadikan matahari bersinar. Holy Grail ini telah lama diiklankan sebagai hanya 20 atau 30 tahun lagi, tetapi peminat fusion enggan melepaskan kepercayaan. Dan untuk alasan yang baik. Gabungan (menghancurkan bersama atom hidrogen menjadi helium) menjanjikan kuasa elektrik sifar karbon tanpa had dengan risiko sifar cair dan hampir tiada sisa radioaktif yang dikaitkan dengan loji kuasa nuklear sedia ada yang berjalan secara pembelahan (pemecahan atom uranium kepada unsur yang lebih kecil). 

Impian itu memberi inspirasi kepada Ajay Royan, pengasas bersama Mithril Capital (bersama jutawan Peter Thiel), yang pada 2013 mula-mula melabur $2 juta dalam Helion Energy berasaskan Redmond, Wash. supaya ia boleh membina mesin prototaip "kuasa nadi berulang". Mithril telah melabur dalam Helion sejak itu, termasuk pusingan $500 juta baru-baru ini (menilai syarikat pada $3 bilion) — dengan janji $1.7 bilion lebih jika prototaip ketujuh syarikat itu berfungsi seperti yang diharapkan. Pusingan Helion diketuai oleh Sam Altman dari Y Combinator. 

Tahun 2021 merupakan tahun yang besar untuk kedua-dua pembiayaan dan ramalan gabungan, kerana pemaju mengumpul lebih daripada $3 bilion untuk membiayai pusingan mesin seterusnya — dengan beberapa yang kini menjanjikan gabungan yang berdaya maju secara komersial dalam masa lima tahun sahaja. Royan gembira melihat gabungan mendapat lebih perhatian; "Pasti 2021 mungkin titik perubahan untuk gabungan menurut analitik Google, tetapi titik perubahan sebenar berlaku sedekad lalu apabila elektronik kuasa melepasi ambang." 

Ketua Pegawai Eksekutif David Kirtley menjelaskan bahawa kerja R&D awal di belakang Helion telah dilakukan di makmal persekutuan, yang mana Helion telah diputar pada tahun 2013. Dibebaskan daripada birokrasi R&D persekutuan, Helion telah membina prototaip baharu satu demi satu sejak itu. “Mentaliti permulaan tidak bagus untuk dimiliki, ia adalah satu keperluan. dan perkara yang telah kami fokuskan dari awal,” kata Kirtley.

Pada 2020 Helion menyiapkan reaktor prototaip keenamnya, yang digelar Trenta. Ia kini sedang membina yang ketujuh, Polaris, sementara sudah mereka bentuk Antares yang kelapan, yang Kirtley berhasrat untuk menjadi mesin gabungan pertama yang pernah mengeluarkan lebih banyak tenaga daripada yang diperlukan. Di samping lelaran pantas, Helion mendapat manfaat daripada kepakaran tempatan. Ia membina mesin Polaris di Everett, Wash., berhampiran kilang terbesar Boeing, di mana mereka boleh memanfaatkan ekosistem jurutera kontrak dan pengeluar ketepatan yang mesra. Kirtley berkata mereka menghabiskan waktu pagi bermain-main, mengemas kini sistem dan menghidupkan kapasitor. "Setiap petang pada pukul 3 petang kami mula melakukan gabungan."

Untuk memahami pendekatan Helion, mula-mula pertimbangkan tolakan magnet yang berlaku apabila anda cuba memaksa kutub positif dua magnet bar bersama. Prinsip inilah yang membolehkan teknologi "mag-lev" seperti kereta api peluru terkenal Jepun, yang menggunakan tolakan magnet untuk terapung di atas kusyen udara. 

Penyelidik gabungan selama beberapa dekad telah berusaha untuk mencipta elektromagnet terkuat di dunia, yang dengannya mereka merekayasa ruang tindak balas dengan medan magnet yang begitu kuat sehingga ia boleh mengandungi, dan memampatkan, aliran yang disuntik proton bercas positif ke dalam bebola plasma yang begitu panas sehingga bercantum ke dalam. helium. 

Dalam sistem novel Helion, tenaga yang dibebaskan dalam tindak balas pelakuran secara berterusan menolak medan pembendungan magnetnya, yang menolak ke belakang — menyebabkan ayunan (“seperti omboh,” kata Kirtley) yang menjana arus elektrik, yang ditangkap oleh Helion terus daripada reaktor. . (Untuk lebih lanjut, baca tentang hukum aruhan Faraday.) 

Royan dari Mithril berkata mungkin tarikan terbesar kaedah penjanaan elektrik langsung Helion ialah kesederhanaannya. Pendekatan gabungan lain bertujuan untuk menjana haba, untuk mendidih air dan turbin wap kuasa, yang menghasilkan tenaga elektrik — seperti di loji kuasa nuklear tradisional. “Kita boleh melakukannya tanpa turbin wap atau menara penyejuk. Kami menyingkirkan loji janakuasa itu.” 

Yang pasti, Kirtley memahami keraguan gabungan, terutamanya di sekitar jadual waktunya yang agresif. Beliau memulakan kerjayanya dalam bidang gabungan, diilhamkan oleh saintis di makmal kebangsaan pada tahun 1960-an yang membuat kemajuan besar dalam pembendungan magnet (bertanding dengan saintis Rusia untuk mencipta reaktor berbentuk donat yang dipanggil tokamaks) walaupun sebelum penciptaan transistor. Tetapi Kirtley hilang kepercayaan selepas menentukan pendekatan awal tidak dapat berkembang dengan cukup pantas untuk menghasilkan penyelesaian komersial - jadi dia pergi bekerja pada pendorongan kapal angkasa yang canggih menggunakan jet plasma yang dikawal oleh elektromagnet. Dia kembali ke lapangan pada tahun 2008 untuk membantu mengkomersialkan teknologi Helion. 

Lama-kelamaan dia membayangkan menghasilkan penjana gabungan di sebuah kilang. Sistem berskala 50 mw, dibungkus ke dalam tiga unit bersaiz kontena perkapalan akan memberi kuasa kepada 40,000 rumah. "Dalam 10 tahun kami akan mempunyai elektrik komersial untuk dijual, pasti." 

Itu meletakkan Helion dalam perlumbaan dengan Commonwealth Fusion Systems yang berpangkalan di Boston, spinoff MIT, yang mengumpul $1.8 bilion daripada pelabur termasuk Bill Gates dan George Soros. Ketua Pegawai Eksekutif Bob Mumgaard berkata mereka akan mempunyai reaktor yang berfungsi dalam masa 6 tahun. Keyakinan beliau disokong oleh kejayaan ujian musim panas Komanwel terhadap elektromagnet baharu yang direka bentuk dengan superkonduktor yang diperbuat daripada barium kuprum oksida nadir bumi. 

Mumgaard berkata magnet berkuasa super ini akan membolehkan Komanwel menyempurnakan pendekatan gabungan mereka yang agak lebih tradisional untuk membina reaktor "tokamak" berbentuk donat, yang Mumgaard panggil sebagai "botol magnet besar" di mana medan magnet berkuasa mengawal bola 100 juta darjah plasma - " barangan bintang.” 

Terdapat kira-kira 150 tokamak di seluruh dunia; yang terbesar sedang dalam pembinaan di Perancis untuk $30 bilion oleh konsortium antarabangsa yang dipanggil ITER. Mesin seberat 20,000 tan itu, sebesar arena bola keranjang, dijangka siap menjelang 2035. 

Tetapi Mumgaard berhasrat agar Commonwealth Fusion menjadikan ITER usang sebelum ia selesai. Kelebihannya adalah dalam penggunaan superkonduktor "suhu tinggi" yang dibuat dengan nadir bumi barium kuprum oksida (aka ReBCO). 

Superkonduktor menggerakkan arus elektrik dengan kehilangan hampir sifar (jauh lebih cekap daripada tembaga, contohnya). Dan mereka adalah kunci untuk membuat elektromagnet yang berkuasa. Komanwel telah mendapati bahawa dengan membuat magnetnya menggunakan pita kuprum oksida barium khas (seperti pita yang terdapat dalam kaset VHS) ia boleh mencapai medan magnet yang lebih berkuasa daripada yang dijangkakan pada ITER, tetapi pada skala 1/20. 

Walaupun magnet utama ITER (dipanggil solenoid) seberat kira-kira 400 tan dan mencapai medan lebih kuat daripada 12 tesla, Commonwealth sedang mengintai magnet 15 tan, setiap satu menggunakan pita filem nipis ReBCO sejauh 300 km, yang akan menghasilkan 20 tesla (sebagai perbandingan, satu mesin pengimejan resonans magnetik melakukan 1.5 tesla). 

"Ini membuka kunci mesin gabungan," kata Mumgaard. CES menguji magnet pada musim panas lalu dan mengisytiharkannya sebagai "bukti" bahawa sains gabungan kini hampir lengkap dan yang tinggal hanyalah membina reaktor. "Kami memahami bahan dengan baik dan fikir kami boleh melakukan ini dalam masa tiga tahun," kata Mumgaard. "Menjelang 2030 kita akan melihat gabungan pada grid." 

CES bersedia untuk membina mesin gabungannya di tapak seluas 47 ekar di Massachusetts, dan sedang berusaha untuk mendapatkan beribu-ribu kilometer pita ReBCO. Bolehkah ketersediaan nadir bumi menjadi faktor pengehad dalam pelancaran gabungan? Tidak kata Mumgaard. "Loji gabungan akan mempunyai kurang nadir bumi daripada turbin angin. Fusion bukan tentang sumber yang anda perlukan untuk lombong atau pam. Ia mengenai teknologi.” 

Perlu ada ruang untuk lebih daripada seorang pemenang gabungan. Pemimpin lain termasuk General Fusion, yang berpangkalan di Kanada dan disokong oleh Jeff Bezos, yang mengumpul $130 juta tahun ini. Jutawan terkenal lain dalam permainan gabungan ialah Neal dan Linden Blue, yang memiliki General Atomics yang berpangkalan di San Diego, yang selama beberapa dekad telah mengendalikan tokamak penyelidikan bagi pihak JAS, dan yang tahun ini menyampaikan kepada ITER keberanian elektromagnet tokamaknya — solenoid pusat 1,000 tan. Dan terdapat TAE Energy of California, yang telah bereksperimen dengan $1 bilion selama sedekad yang lalu, dan mengumpul $130 juta semasa wabak itu.

Teknologi Fusion mungkin telah bermula di makmal yang dibiayai oleh kerajaan, tetapi hasilnya perlu bergantung pada pembiayaan swasta. Amy Roma, rakan kongsi di Hogan Lovells di Washington, DC, berkata rang undang-undang Build Back Better yang kini dalam limbo akan termasuk $875 juta untuk nuklear canggih, tetapi buat masa ini, industri perlu menyelesaikan pejabat baharu demonstrasi reaktor maju di bawah Jabatan Tenaga, dibiayai oleh Akta Infrastruktur baru-baru ini. Nuklear sifar karbon juga akan mendapat manfaat daripada perintah eksekutif Presiden Biden baru-baru ini yang menyeru agar pembelian tenaga kerajaan Persekutuan menjadi "sifar bersih" menjelang 2030. 

Pelabur teknologi lagenda Steve Jurvetson, penyokong Commonwealth Fusion yang menulis cek pertamanya ke arah penyelidikan gabungan 25 tahun yang lalu, hampir pening bahawa impian yang telah lama tertangguh ini boleh menjadi kenyataan tidak lama lagi. “Terdapat banyak penentang sehingga ia selesai. Kemudian mereka berkata ia jelas.” 

Royan Mithril berkata dia sudah berusaha untuk melaraskan rangka kerjanya untuk mempertimbangkan betapa berbezanya dunia akan kelihatan apabila gabungan itu nyata — “Fikirkan peluang untuk penyahgaraman air, dan pengeluaran baja. Ini secara asasnya mengubah ekonomi air dalam sekelip mata, dan dengan itu ekonomi pertanian." Ini semua adalah sebahagian daripada laluan manusia, katanya, "untuk terus membuktikan Malthus adalah seorang yang bodoh." 

LEBIH DARIPADA FORBESNuklear Baharu: Bagaimana Unicorn Tenaga Fusion $600 Juta Merancang Untuk Menewaskan SolarBy Christopher Helman
LEBIH DARIPADA FORBESJutawan Tenang Di Sebalik Dron Pemangsa Amerika yang Membunuh Soleimani IranBy Deniz Çam