Mengunjungi Helion Energy apabila wilayah Seattle diselubungi asap

Pada hari Khamis, 20 Oktober, saya mengambil perjalanan melaporkan ke Everett, Wash., untuk melawat Tenaga Helion, permulaan gabungan yang telah mengumpulkan hampir $600 juta daripada banyak pelabur Lembah Silikon yang agak terkenal, termasuk Peter Thiel dan Sam Altman. Ia mendapat komitmen $1.7 bilion lagi jika ia mencapai sasaran prestasi tertentu.

Oleh kerana pelakuran nuklear mempunyai potensi untuk menghasilkan tenaga bersih tanpa had tanpa menghasilkan sebarang sisa nuklear yang tahan lama, ia sering dipanggil "cawan suci" tenaga bersih. Cawan suci masih sukar difahami, bagaimanapun, kerana mencipta semula gabungan di bumi dengan cara yang menjana lebih banyak tenaga yang diperlukan untuk menyalakan tindak balas dan boleh dikekalkan untuk tempoh masa yang panjang setakat ini masih tidak dapat dicapai. Jika kita hanya boleh berjaya mengkomersialkan gabungan di sini di bumi dan pada skala, semua masalah tenaga kita akan diselesaikan, kata penyokong gabungan. 

Fusion juga telah berada di kaki langit selama beberapa dekad, hanya di luar jangkauan, nampaknya berakar kuat dalam tekno-utopia yang hanya wujud dalam novel fantasi fiksyen sains.

Tetapi melawat ruang kerja dan makmal Helion Energy yang besar telah menarik idea gabungan daripada yang benar-benar fantastik dan menjadi yang berpotensi nyata bagi saya. Sudah tentu, "berpotensi nyata" tidak bermakna bahawa gabungan akan menjadi sumber tenaga yang berdaya maju secara komersial yang menjana kuasa rumah anda dan komputer saya tahun depan. Tetapi ia tidak lagi terasa seperti menerbangkan kapal angkasa ke Pluto.

Semasa saya berjalan melalui bangunan Helion Energy yang besar di Everett, satu beroperasi sepenuhnya dan satu masih dalam pembinaan, saya terpegun dengan bagaimana semuanya kelihatan pada hari kerja. Peralatan pembinaan, mesin, kord kuasa, meja kerja, dan banyak bahagian komponen yang kelihatan seperti kapal angkasa ada di mana-mana. Rancangan sedang dilaksanakan. Mesin yang kelihatan sangat asing sedang dibina dan diuji.

Bagi pekerja Helion Energy, membina peranti gabungan adalah tugas mereka. Pergi ke pejabat setiap hari bermakna meletakkan bahagian A ke dalam Bahagian B dan bahagian C, bermain-main dengan bahagian tersebut, mengujinya, dan kemudian meletakkannya dengan lebih banyak bahagian, mengujinya, mengasingkan bahagian tersebut mungkin apabila sesuatu tidak berfungsi dengan betul, dan kemudian menyatukannya semula sehingga ia berlaku. Dan kemudian beralih ke Bahagian D dan Bahagian E.

Tarikh lawatan saya juga berkaitan dengan cerita ini, kerana ia menambahkan lapisan kedua pelik-menjadi-nyata pada perjalanan pelaporan saya. 

Pada 20 Oktober, wilayah Seattle Everett diselubungi asap kebakaran yang berbahaya. Indeks kualiti udara untuk Everett ialah 254, menjadikannya kualiti udara paling teruk di dunia pada masa itu, menurut IQ Air.

"Beberapa kebakaran hutan yang membakar di utara Cascades didorong oleh keadaan cuaca yang panas, kering dan berangin. Angin timur telah menyalakan api serta menghalau asap yang terhasil ke arah barat ke arah Everett dan wilayah Seattle,” Christi Chester Schroeder, Pengurus Sains Kualiti Udara di IQAir North America, memberitahu saya.

Pemanasan global membantu menyemarakkan kebakaran tersebut, Denise L. Mauzerall, seorang profesor kejuruteraan alam sekitar dan hal ehwal antarabangsa di Princeton, memberitahu saya.

"Perubahan iklim telah menyumbang kepada suhu tinggi dan keadaan kering yang berlaku di Barat Laut Pasifik tahun ini," kata Mauzerall. "Keadaan cuaca ini, diburukkan lagi oleh perubahan iklim, telah meningkatkan kemungkinan dan keterukan kebakaran yang bertanggungjawab terhadap kualiti udara yang sangat buruk."

Ia sangat teruk sehingga Helion telah memberitahu semua pekerjanya untuk tinggal di rumah buat kali pertama. Pengurusan menganggap terlalu berbahaya untuk meminta mereka meninggalkan rumah mereka.

Keadaan lawatan saya mencetuskan pertempuran yang tidak selesa. Di satu pihak, saya mempunyai rasa harapan baru tentang kemungkinan tenaga gabungan. Pada masa yang sama, saya bergelut secara dalaman dengan rasa takut yang mendalam tentang keadaan dunia.

Saya tidak bersendirian dalam merasai beratnya masa ini. “Ia sangat luar biasa,” Chris Pihl, pengasas bersama dan ketua pegawai teknologi di Helion, berkata tentang asap.

Pihl telah mengusahakan gabungan selama hampir dua dekad sekarang. Dia melihat ia berkembang daripada bidang akademik ahli fizik kepada bidang yang diikuti rapat oleh wartawan dan mengumpul berbilion-bilion pelaburan. Orang yang bekerja pada gabungan telah menjadi kanak-kanak yang hebat, wira yang tidak diingini. Sambil kita secara kolektif melepasi sebarang harapan realistik untuk kekal dalam lingkungan pemanasan 1.5 darjah yang disasarkan dan apabila permintaan tenaga global terus meningkat, gabungan adalah larian rumah yang kadangkala merasakan satu-satunya penyelesaian.

"Ia bukan mengejar akademik, mengejar altruistik, dan ia berubah menjadi lebih kepada permainan bertahan hidup pada ketika ini saya fikir, dengan cara keadaan berjalan," Pihl memberitahu saya, ketika kami duduk di pejabat Helion yang kosong memandang ke luar. dinding asap kelabu. “Jadi ia perlu. Dan saya gembira ia mendapat perhatian.”

Ketua Pegawai Eksekutif dan pengasas bersama David Kirtley memandu saya mengelilingi ruang makmal yang luas di mana Helion sedang berusaha membina komponen untuk sistem generasi ketujuhnya, Polaris. Setiap generasi telah membuktikan beberapa gabungan fizik dan kejuruteraan yang diperlukan untuk membawa pendekatan khusus Helion kepada gabungan menjadi kenyataan. Prototaip generasi keenam, Trenta, telah disiapkan pada 2020 dan terbukti mampu mencapai 100 juta darjah Celsius, satu peristiwa penting untuk membuktikan pendekatan Helion.

Polaris bertujuan untuk membuktikan, antara lain, bahawa ia boleh mencapai tenaga elektrik bersih — iaitu, menjana lebih banyak daripada yang digunakan — dan ia sudah mula mereka bentuk sistem generasi kelapannya, yang akan menjadi sistem gred komersial pertamanya. Matlamatnya adalah untuk menunjukkan Helion boleh menghasilkan tenaga elektrik daripada gabungan menjelang 2024 dan mempunyai kuasa pada grid menjelang akhir dekad, Kirtley memberitahu saya.

Beberapa kemungkinan untuk mendapatkan tenaga gabungan kepada grid elektrik di Amerika Syarikat bergantung pada faktor yang tidak dapat dikawal oleh Helion — mewujudkan proses kawal selia dengan Suruhanjaya Kawal Selia Nuklear, dan proses pelesenan untuk mendapatkan kelulusan antara sambungan grid yang diperlukan, proses yang Kirtley telah diberitahu boleh berkisar antara beberapa tahun hingga sepuluh tahun. Oleh kerana terdapat begitu banyak halangan kawal selia yang diperlukan untuk mendapatkan gabungan ke dalam grid, Kirtley berkata beliau menjangkakan pelanggan pertama mereka yang membayar mungkin pelanggan persendirian, seperti syarikat teknologi yang mempunyai pusat data yang haus kuasa, contohnya. Bekerja dengan syarikat utiliti akan mengambil masa yang lebih lama.

Satu bahagian sistem Polaris yang mungkin kelihatan paling luar biasa untuk pakar bukan gabungan (seperti saya) Ujian Penyuntik Polaris, iaitu bagaimana bahan api untuk reaktor pelakuran akan masuk ke dalam peranti.

Boleh dikatakan kaedah gabungan yang paling terkenal melibatkan tokamak, peranti berbentuk donat yang menggunakan magnet super berkuasa untuk memegang plasma di mana tindak balas pelakuran boleh berlaku. Projek gabungan kerjasama antarabangsa, dipanggil ITER (“jalan” dalam bahasa Latin), sedang membina tokamak besar-besaran di Selatan Perancis untuk membuktikan daya maju gabungan.

Helion tidak membina tokamak. Ia sedang membina peranti sempit panjang yang dipanggil Field Reversed Configuration, atau FRC, dan versi seterusnya akan berukuran kira-kira 60 kaki panjang.

Bahan api disuntik dalam letupan kecil pendek pada kedua-dua hujung peranti dan arus elektrik yang mengalir dalam gelung mengehadkan plasma. Magnet menyala secara berurutan dalam denyutan, menghantar plasma pada kedua-dua hujung menembak ke arah satu sama lain pada halaju lebih daripada satu juta batu sejam. Plasma bertembung antara satu sama lain di ruang gabungan pusat di mana ia bergabung menjadi plasma padat super panas yang mencapai 100 juta darjah Celsius. Di sinilah percantuman berlaku, menjana tenaga baharu. Gegelung magnet yang memudahkan pemampatan plasma juga memulihkan tenaga yang dijana. Sebahagian daripada tenaga itu dikitar semula dan digunakan untuk mengecas semula kapasitor yang pada asalnya menggerakkan tindak balas. Tenaga tambahan tambahan ialah elektrik yang boleh digunakan.  

Kirtley membandingkan denyutan mesin gabungan mereka dengan omboh.

"Anda memampatkan bahan api anda, ia terbakar sangat panas dan sangat kuat, tetapi hanya untuk sedikit. Dan jumlah haba yang dibebaskan dalam nadi kecil itu lebih daripada api unggun besar yang menyala sepanjang masa,” katanya kepada saya. "Dan kerana ia adalah nadi, kerana ia hanya satu nadi berintensiti tinggi, anda boleh menjadikan enjin itu lebih padat, lebih kecil," yang penting untuk mengurangkan kos.

Idea itu sebenarnya bukan baru. Ia telah berteori pada tahun 1950-an dan 60-an, kata Kirtley. Tetapi ia tidak dapat dilaksanakan sehingga transistor dan semikonduktor moden dibangunkan. Kedua-dua Pihl dan Kirtley melihat gabungan lebih awal dalam kerjaya mereka dan tidak yakin ia berdaya maju dari segi ekonomi sehingga mereka datang ke reka bentuk FRC ini. 

Satu lagi parit untuk diseberang: Reka bentuk ini menggunakan bahan api yang sangat jarang berlaku. Bahan api untuk pendekatan Helion ialah deuterium, isotop hidrogen yang agak mudah dicari, dan helium tiga, yang merupakan jenis helium yang sangat jarang dengan satu neutron tambahan.

"Kami pernah mengatakan bahawa anda perlu pergi ke angkasa lepas untuk mendapatkan helium tiga kerana ia sangat jarang berlaku," kata Kritley. Untuk membolehkan mesin gabungan mereka dipertingkatkan, Helion juga sedang membangunkan cara untuk membuat helium tiga dengan pelakuran.

Tidak dinafikan bahawa Helion mempunyai banyak langkah dan proses serta halangan pengawalseliaan sebelum ia boleh membawa tenaga bersih tanpa had kepada dunia, seperti yang ia bertujuan untuk melakukannya. Tetapi bagaimana rasanya berjalan di sekitar kemudahan makmal yang terbuka luas - dengan beberapa kipas siling terbesar yang pernah saya lihat - nampaknya mungkin dengan cara yang tidak pernah saya rasakan sebelum ini. Berjalan kembali ke dalam asap hari itu, saya sangat bersyukur kerana mempunyai harapan itu.

Tetapi kebanyakan orang tidak melawat makmal Helion Energy pada hari itu. Kebanyakan orang duduk terperangkap di dalam, atau meletakkan diri mereka dalam risiko di luar, tidak dapat melihat ufuk, tidak dapat melihat masa depan di mana membina mesin gabungan adalah kerja yang dilaksanakan seperti mekanik yang bekerja di garaj. Saya bertanya kepada Kirtley tentang perasaan bergelut yang saya rasa putus asa terhadap asap dan harapan pada bahagian gabungan yang dipasang.

"Percanggahan kognitif kadang-kadang apa yang kita lihat di dunia, dan apa yang kita dapat bina di sini adalah agak melampau," kata Kirtley.

"Dua puluh tahun yang lalu, kami kurang optimistik tentang gabungan." Tetapi sekarang, matanya bersinar-sinar semasa dia membawa saya mengelilingi makmal. “Saya menjadi sangat teruja. Saya sangat - anda boleh tahu - saya menjadi sangat bertenaga."

Saintis muda lain juga teruja dengan gabungan juga. Pada awal minggu ketika saya melawat, Kirtley berada di persidangan American Physics Society Department of Plasma Physics memberikan ceramah.

"Pada akhir ceramah saya, saya keluar dan terdapat 30 atau 40 orang yang datang bersama saya, dan di lorong, kami hanya bercakap selama satu setengah jam mengenai industri," katanya. “Keterujaan sangat besar. Dan kebanyakannya adalah dengan jurutera dan saintis muda yang sama ada pelajar siswazah atau pascadokumen, atau dalam 10 tahun pertama kerjaya mereka, yang benar-benar teruja dengan apa yang dilakukan oleh industri swasta."