Ядерний синтез вступає в нову епоху, підживлений мільярдами доларів

Залучивши у 3 році понад 2021 мільярди доларів від таких, як Білл Гейтс та Джефф Безос, розробники термоядерного синтезу наполягають, що це джерело енергії з нульовим рівнем вуглецю може стати реальністю протягом десяти років.

Зрозуміло, що ядерний синтез може працювати в масштабах — просто подивіться на зірки. Протягом 70 років фізики мріяли розлити цю зіркову енергію у вигляді термоядерних реакторів, які забезпечили б живлення електричної мережі такими ж безмежними реакціями з нульовим вмістом вуглецю, які змушують світити сонце. До цього Святого Грааля довго рекламували, що залишилося всього 20 або 30 років, але шанувальники ф’южна відмовилися відмовитися від віри. І не дарма. Термоядерний синтез (розбиття разом атомів водню в гелій) обіцяє безмежну електричну енергію з нульовим рівнем вуглецю з нульовим ризиком розплавлення і практично без радіоактивних відходів, пов’язаних з існуючими атомними електростанціями, які працюють на ділі (розщеплення атомів урану на більш дрібні елементи). 

Мрія надихнула Аджая Рояна, співзасновника Mithril Capital (разом із мільярдером Пітером Тілем), який у 2013 році вперше інвестував 2 мільйони доларів у компанію Helion Energy з Редмонда, штат Вашингтон, щоб вона могла створити прототип машини «повторюваної імпульсної потужності». З тих пір Mithril інвестував у Helion, включаючи його нещодавній раунд на 500 мільйонів доларів (оцінка компанії в 3 мільярди доларів) — з обіцянкою ще на 1.7 мільярда доларів, якщо сьомий прототип компанії запрацює так, як сподівалися. Раунд Геліона очолив Сем Альтман з Y Combinator. 

2021 рік був важливим як для фінансування термоядерного синтезу, так і для прогнозів, оскільки розробники зібрали понад 3 мільярди доларів для фінансування свого наступного раунду машин, причому деякі тепер обіцяють комерційно життєздатний синтез всього за п’ять років. Роян щасливий, коли fusion привертає більше уваги; «Звісно, ​​2021 рік може стати поворотним моментом для злиття, згідно з аналітикою Google, але справжній поворотний момент стався десять років тому, коли силова електроніка подолала поріг». 

Генеральний директор Девід Кіртлі пояснює, що початкові науково-дослідні роботи за Helion проводилися у федеральних лабораторіях, з яких Helion був виведений у 2013 році. Звільнений від федеральної бюрократії досліджень і розробок, Helion відтоді будує нові прототипи один за одним. «Металітет стартапів – це не дуже приємно, це вимога. і те, на чому ми зосередилися з самого початку», – каже Кіртлі.

У 2020 році Helion завершив свій шостий прототип реактора, який отримав назву Trenta. Зараз створюється сьомий, Polaris, а вже розробляється восьмий, Antares, який Кіртлі має намір стати першою термоядерною машиною в історії, яка виробляє більше енергії, ніж потребує. Поряд із швидкими ітераціями, Helion отримує переваги від місцевого досвіду. Він будує машину Polaris в Еверетті, штат Вашингтон, неподалік від найбільших заводів Boeing, де вони можуть використовувати привітну екосистему контрактних інженерів і виробників точних виробів. Кіртлі каже, що вони проводять ранок, майструючи, оновлюючи системи та живлячи конденсатори. «Кожного дня о 3:XNUMX ми починаємо робити ф’южн».

Щоб зрозуміти підхід Геліона, спочатку розглянемо магнітне відштовхування, яке виникає, коли ви намагаєтеся зблизити позитивні полюси двох стрижневих магнітів. Це принцип, який дозволяє використовувати технологію «mag-lev», як знамениті японські потяги-кулі, які використовують магнітне відштовхування, щоб плавати на повітряній подушці. 

Дослідники термоядерного синтезу десятиліттями намагалися розробити найсильніші в світі електромагніти, за допомогою яких вони створюють реакційні камери з настільки сильними магнітними полями, що вони можуть утримувати та стискати введений потік позитивно заряджених протонів у кулю плазми, настільки гарячу, що вони зливаються в гелій. 

У новій системі Геліона енергія, що виділяється в реакціях термоядерного синтезу, безперервно висувається проти свого магнітного поля утримування, яке відштовхується назад, викликаючи коливання («як поршень», каже Кіртлі), які генерують електричний струм, який Геліон захоплює безпосередньо з реактора. . (Докладніше прочитайте про закон індукції Фарадея.) 

Роян з Мітрілу каже, що, мабуть, найбільша привабливість методу прямого виробництва електроенергії Helion — це його простота. Інші підходи до термоядерного синтезу мають на меті генерувати тепло, щоб закип’ятити воду та генерувати парові турбіни, які виробляють електроенергію — як на традиційних атомних електростанціях. «Ми можемо це зробити без парових турбін чи градирень. Ми позбавляємося від електростанції». 

Безумовно, Кіртлі розуміє скептицизм щодо термоядерного синтезу, особливо щодо його агресивного розкладу. Він розпочав свою кар'єру в області термоядерного синтезу, натхненний вченими національних лабораторій у 1960-х роках, які досягли великих успіхів у магнітному утриманні (змагаючись з російськими вченими в розробці реакторів у формі пончиків, які називаються токамаками) ще до винаходу транзисторів. Але Кіртлі втратив віру після того, як визначив ранні підходи, просто не міг розвиватися досить швидко, щоб дати комерційне рішення, тому він почав працювати над прогресивним двигуном космічного корабля з використанням плазмових струменів, керованих електромагнітами. Він повернувся в 2008 році, щоб допомогти комерціалізувати технології Helion. 

З часом він передбачає виробництво термоядерних генераторів на заводі. Система масштабу 50 МВт, укомплектована в три блоки розміром з транспортний контейнер, забезпечила б енергією 40,000 10 будинків. «Через XNUMX років у нас точно буде комерційна електроенергія». 

Це ставить Helion в гонку з бостонською Commonwealth Fusion Systems, допоміжним продуктом Массачусетського технологічного інституту, який залучив 1.8 мільярда доларів від інвесторів, включаючи Білла Гейтса та Джорджа Сороса. Генеральний директор Боб Мумгаард каже, що робочий реактор у них буде через 6 років. Його оптимізм підкріплюється успішними літніми випробуваннями Співдружності нових електромагнітів, створених із надпровідників із рідкоземельного оксиду міді барію. 

Мумгаард каже, що ці надпотужні магніти дозволять Співдружності вдосконалити свій більш традиційний підхід до синтезу, побудови реактора «токамак» у формі пончика, який Мумгаард називає «великою магнітною пляшкою», де потужні магнітні поля контролюють кульки плазми з 100 мільйонами градусів… зіркові речі». 

У світі налічується приблизно 150 токамаків; найбільший з них будується у Франції за 30 мільярдів доларів міжнародним консорціумом ITER. 20,000-тонну машину, розміром з баскетбольну арену, планують завершити до 2035 року. 

Але Мумгаард має намір за допомогою Commonwealth Fusion зробити ITER застарілим ще до того, як він буде завершений. Його перевага полягає в застосуванні «високотемпературних» надпровідників, виготовлених з рідкоземельного оксиду міді барію (він же ReBCO). 

Надпровідники переміщують електричний струм практично з нульовими втратами (набагато ефективніше, ніж мідь, наприклад). І вони є ключовими для створення потужних електромагнітів. Commonwealth виявив, що, створюючи свої магніти з використанням спеціальної стрічки з оксиду міді барію (наприклад, стрічки, знайденої в касеті VHS), вона може досягати магнітних полів, потужніших, ніж ті, що передбачалося на ITER, але в 1/20 масштабу. 

У той час як основні магніти ITER (так звані соленоїди) будуть важити близько 400 тонн і досягати поля сильніше 12 тесла, Співдружність розглядає 15-тонні магніти, кожен з яких використовує 300 км тонкоплівкової стрічки ReBCO, яка буде генерувати 20 тесла (для порівняння, магнітно-резонансна томографія робить 1.5 тесла). 

«Це розблокує термоядерну машину», — каже Мумгаард. CES випробувала магніти минулого літа і оголосила, що це «доказ» того, що наука термоядерного синтезу зараз практично завершена, і все, що залишилося, це побудувати реактор. «Ми добре розуміємо матеріал і думаємо, що зможемо зробити це за три роки», — каже Мумгаард. «До 2030 року ми побачимо термоядерну мережу». 

CES збирається побудувати свою термоядерну машину на ділянці площею 47 акрів у Массачусетсі і вже працює над придбанням тисяч кілометрів стрічки ReBCO. Чи може наявність рідкоземельних елементів стати обмежуючим фактором у розгортанні термоядерного синтезу? Ні, каже Мумгаард. «На термоядерній установці буде менше рідкісних земель, ніж у вітряної турбіни. Fusion — це не ресурс, який вам потрібно видобути чи прокачати. Йдеться про технологію». 

Повинно бути місце для більш ніж одного переможця злиття. Серед інших лідерів — General Fusion, який базується в Канаді і підтримується Джеффом Безосом, який цього року залучив 130 мільйонів доларів. Іншими відомими мільярдерами в грі fusion є Ніл і Лінден Блю, які володіють компанією General Atomics, що розташована в Сан-Дієго, яка протягом десятиліть керувала дослідницьким токамаком від імені DOE і яка цього року передала ITER нутрощі своїх електромагнітів токамаків. 1,000-тонний центральний соленоїд. А ще є TAE Energy of California, яка експериментувала з 1 мільярдом доларів протягом останнього десятиліття та зібрала 130 мільйонів доларів під час пандемії.

Технологія Fusion, можливо, була запущена в лабораторіях, що фінансуються державою, але для її реалізації доведеться покладатися на приватне фінансування. Емі Рома, партнер Hogan Lovells у Вашингтоні, округ Колумбія, каже, що законопроект Build Back Better, який зараз знаходиться в підвішеному стані, включав би 875 мільйонів доларів на передову ядерну енергетику, але наразі промисловості доведеться задовольнитися новим офісом для демонстрації передових реакторів у рамках Міністерство енергетики, що фінансується нещодавнім Законом про інфраструктуру. Атомна атомна електростанція з нульовим викидом вуглецю також виграє від нещодавнього указу президента Байдена, який закликає до 2030 року закупівлі енергії федеральним урядом бути «нульовими». 

Легендарний технологічний інвестор Стів Джурветсон, спонсор Commonwealth Fusion, який написав свій перший чек на дослідження термоядерного синтезу 25 років тому, майже засмучений тим, що ця мрія, яку довго відкладали, може незабаром стати реальністю. «Є багато недоброзичливців, поки це не буде зроблено. Тоді кажуть, що це очевидно». 

Роян із Mithril каже, що він уже працює над коригуванням своєї структури, щоб розглянути, як по-іншому буде виглядати світ, коли термоядерний синтез стане реальним — «Подумайте про можливості для опріснення води та виробництва добрив. Це фундаментально змінює економіку води за одну ніч, а отже й економіку сільського господарства». Все це частина шляху людства, каже він, «доводити, що Мальтус був ідіотом». 

БІЛЬШЕ ВІД ФОРБІВНова атомна ядра: як Unicorn з термоядерної енергії вартістю 600 мільйонів доларів планує перемогти сонячнуBy Крістофер Гельман
БІЛЬШЕ ВІД ФОРБІВТихі мільярдери стоять за американським дроном Predator, який вбив іранця СулейманіBy Деніз Чам