Відвідування Helion Energy, коли регіон Сіетла був оповитий димом

У четвер, 20 жовтня, я здійснив звітну поїздку до Еверетта, штат Вашингтон, щоб відвідати Енергія геліона, ф’южн-стартап, який залучив майже 600 мільйонів доларів від низки відносно відомих інвесторів із Силіконової долини, зокрема Пітера Тіля та Сема Альтмана. Він має ще 1.7 мільярда доларів у вигляді зобов’язань, якщо досягне певних цільових показників.

Оскільки ядерний синтез має потенціал для отримання необмеженої кількості чистої енергії без утворення довготривалих ядерних відходів, його часто називають «святим Граалем» чистої енергії. Однак святий Грааль залишається невловимим, оскільки відтворити термоядерний синтез на землі таким чином, щоб генерувати більше енергії, необхідної для розпалювання реакції та підтримувати її протягом тривалого періоду часу, поки що залишалося недосяжним. Якби нам вдалося лише комерціалізувати термоядерний синтез тут, на землі, у великих масштабах, усі наші енергетичні проблеми були б вирішені, кажуть прихильники термоядерного синтезу. 

Fusion також був на горизонті протягом десятиліть, просто поза межами досяжності, здавалося б, міцно вкорінений у техноутопії, яка існує лише в науково-фантастичних фантастичних романах.

Але відвідування величезного робочого простору та лабораторії Helion Energy витягнуло для мене ідею термоядерного синтезу з абсолютно фантастичного в потенційно реальне. Звичайно, «потенційно реальний» не означає, що термоядерний синтез буде комерційно життєздатним джерелом енергії, яке живитиме ваш дім і мій комп’ютер наступного року. Але це більше не схоже на політ на космічному кораблі до Плутона.

Коли я проходив величезними будівлями Helion Energy в Еверетті, одна з яких повністю функціонувала, а друга ще будується, я був вражений тим, як усе виглядає буденно. Будівельне обладнання, машини, шнури живлення, верстаки та незліченна кількість компонентів, схожих на космічний корабель, є всюди. Плани виконуються. Конструюються та випробовуються дико зовнішні на вигляд машини.

Для співробітників Helion Energy будівництво термоядерного пристрою є їхньою роботою. Ходити в офіс щодня означає поміщати частину A в частину B і в частину C, возитися з цими частинами, тестувати їх, а потім додавати до них додаткові частини, тестувати їх, розбирати ці частини, можливо, коли щось не працює правильно, а потім складати його знову, поки це не станеться. А потім переходимо до частини D і частини E.

Дата мого візиту також має відношення до цієї історії, оскільки вона додала другий шар дивного, що стає реальним, до моєї репортажної поїздки. 

20 жовтня регіон Сіетл Еверетт був охоплений небезпечним рівнем диму від лісових пожеж. Згідно з даними, індекс якості повітря для Еверетта становив 254, що робило його найгіршою якістю повітря у світі на той час. IQAir.

«Кілька лісових пожеж, що спалахують у північних каскадах, викликані теплими, сухими та вітряними погодними умовами. Східні вітри розпалювали пожежі, а також гнали утворений дим на захід до Еверетта та регіону Сіетла», Крісті Честер Шредер, сказав мені менеджер з питань якості повітря в IQAir North America.

Глобальне потепління сприяє розпалюванню цих пожеж, Деніз Л. Маузераль, професор екологічної інженерії та міжнародних відносин у Прінстоні, сказав мені.

«Зміна клімату сприяла високим температурам і сухим умовам, які переважали на північному заході Тихого океану цього року», — сказав Маузераль. «Ці погодні умови, посилені зміною клімату, збільшили ймовірність і серйозність пожеж, які спричиняють надзвичайно низьку якість повітря».

Це було настільки погано, що Helion наказав усім своїм співробітникам залишатися вдома вперше. Керівництво вважало занадто небезпечним просити їх залишити свої будинки.

Обставини мого візиту створили незручну боротьбу. З одного боку, у мене виникла нова надія щодо можливості термоядерної енергії. У той же час я внутрішньо боровся з почуттям глибокого страху щодо стану світу.

Не я один відчував тяжкість моменту. «Це дуже незвично» Кріс Піл, співзасновник і головний технічний директор Helion, сказав про дим.

Піл працював над термоядерним синтезом вже майже два десятиліття. Він бачив, як це еволюціонувало від царства академічних фізиків до сфери, за якою пильно стежать репортери та збирає мільярдні інвестиції. Люди, які працюють над ф’южн, стали крутими дітьми, героями-аутсайдерами. У той час, як ми разом втрачаємо будь-яку реалістичну надію залишитися в межах запланованих 1.5 градусів потепління, а глобальний попит на енергію продовжує зростати, термоядерний синтез – це вихід, який іноді здається єдиним рішенням.

«Це менше академічна гонитва, альтруїстична гонитва, і, я думаю, на даний момент це перетворюється більше на гру на виживання, я думаю, з тим, як йдуть справи», — сказав мені Піхл, коли ми сиділи в порожніх офісах Helion і дивилися на стіна сірого диму. «Так це необхідно. І я радий, що це привернуло увагу».

Генеральний директор і співзасновник Девід Кіртлі провів мене величезною лабораторією, де Helion працює над створенням компонентів для своєї системи Polaris сьомого покоління. Кожне покоління перевіряло певну комбінацію фізики та техніки, яка необхідна для реалізації спеціального підходу Helion до термоядерного синтезу. Прототип шостого покоління, Trenta, був завершений у 2020 році та довів здатність досягати 100 мільйонів градусів Цельсія, що стало ключовою віхою для підтвердження підходу Helion.

Polaris має на меті довести, серед іншого, що він може виробляти чисту електроенергію — тобто генерувати більше, ніж споживає — і він уже почав проектувати свою систему восьмого покоління, яка стане її першою системою комерційного класу. Мета полягає в тому, щоб продемонструвати, що Helion може виробляти електроенергію з термоядерного синтезу до 2024 року, і отримати електроенергію в мережу до кінця десятиліття, сказав мені Кіртлі.

Можливість передачі енергії термоядерного синтезу в електричну мережу в Сполучених Штатах залежить від факторів, які Геліон не може контролювати, — встановлення регулятивних процесів у Комісії з ядерного регулювання та процесів ліцензування для отримання необхідних схвалень на з’єднання між мережами, процес, який Кертлі був розроблений. сказаний може коливатися від кількох років до десяти років. Через те, що існує так багато регуляторних перешкод, необхідних для підключення синтезу до мережі, Кіртлі сказав, що він очікує, що їхні перші клієнти, які платять, швидше за все, будуть приватними клієнтами, наприклад, технологічні компанії, які мають енергоємні центри обробки даних. Робота з комунальними підприємствами займе більше часу.

Частина системи Polaris, яка виглядає, мабуть, найбільш потойбічною для експерта з термоядерного синтезу (як-от я) Тест інжектора Polaris, завдяки якому паливо для термоядерного реактора потраплятиме в пристрій.

Можливо, найвідоміший метод термоядерного синтезу включає токамак, пристрій у формі пончика, який використовує надпотужні магніти для утримання плазми, де може відбуватися реакція термоядерного синтезу. Міжнародний спільний термоядерний проект під назвою ІТЕР («шлях» на латині), будує масивний токамак на півдні Франції, щоб довести життєздатність термоядерного синтезу.

Helion не будує токамак. Він створює довгий вузький пристрій під назвою Field Reversed Configuration, або FRC, і наступна версія буде приблизно 60 футів завдовжки.

Паливо впорскується короткими крихітними сплесками на обох кінцях пристрою, і електричний струм, що протікає в петлі, обмежує плазму. Магніти спрацьовують послідовно імпульсами, посилаючи плазми з обох кінців, що стріляють назустріч один одному зі швидкістю понад мільйон миль на годину. Плазми стикаються одна з одною в центральній термоядерній камері, де вони зливаються, перетворюючись на надгарячу щільну плазму, яка досягає 100 мільйонів градусів за Цельсієм. Саме тут відбувається синтез, що генерує нову енергію. Магнітні котушки, які полегшують стиснення плазми, також відновлюють вироблену енергію. Частина цієї енергії переробляється та використовується для зарядки конденсаторів, які спочатку забезпечували реакцію. Додатковою додатковою енергією є електроенергія, яку можна використовувати.  

Кіртлі порівнює пульсацію їх термоядерної машини з поршнем.

«Ви стискаєте паливо, воно горить дуже гаряче і дуже інтенсивно, але лише ненадовго. І кількість тепла, що виділяється під час цього маленького імпульсу, більше, ніж велике багаття, яке горить весь час», — сказав він мені. «І оскільки це імпульс, оскільки це лише один маленький імпульс високої інтенсивності, ви можете зробити ці двигуни набагато компактнішими, набагато меншими», що важливо для зниження витрат.

Ідея насправді не нова. За словами Кіртлі, про це теоретизували в 1950-х і 60-х роках. Але це було неможливо виконати, поки не були розроблені сучасні транзистори та напівпровідники. І Піл, і Кіртлі розглядали Fusion на початку своєї кар’єри і не були переконані, що він економічно життєздатний, поки не прийшли до цього дизайну FRC. 

Ще один рів, який потрібно перетнути: ця конструкція дійсно використовує паливо, яке є дуже рідкісним. Паливом для підходу Helion є дейтерій, ізотоп водню, який досить легко знайти, і гелій три, який є дуже рідкісним типом гелію з одним додатковим нейтроном.

«Раніше нам доводилося говорити, що потрібно вийти у відкритий космос, щоб отримати гелій XNUMX, тому що це було дуже рідко», — сказав Крітлі. Щоб збільшити масштаб своєї термоядерної машини, Helion також розробляє спосіб отримання гелію три за допомогою термоядерного синтезу.

Немає сумніву, що Helion має багато етапів, процесів і регуляторних перешкод, перш ніж він зможе принести необмежену кількість чистої енергії у світ, як він і прагне. Але те, як це відчувати — ходити по величезній широко відкритій лабораторії — з одними з найбільших стельових вентиляторів, які я коли-небудь бачив — це здається можливим у такий спосіб, якого я ніколи раніше не відчував. Того дня, повертаючись у дим, я був дуже вдячний за таку порцію надії.

Але більшість людей того дня не відвідували лабораторію Helion Energy. Більшість людей сиділи, застрягши всередині, або наражали себе на небезпеку зовні, не в змозі побачити горизонт, не в змозі побачити майбутнє, де будівництво термоядерної машини — це робота, яку виконують, як механік, який працює в гаражі. Я запитав Кертлі про те, яке почуття боротьби, яке я відчував, пов’язане з розпачем через дим і надією на з’єднання деталей синтезу.

«Іноді когнітивний дисонанс між тим, що ми бачимо у світі, і тим, що ми маємо тут будувати, є досить екстремальним», — сказав Кіртлі.

«Двадцять років тому ми були менш оптимістичними щодо термоядерного синтезу». Але тепер його очі сяють, коли він проводить мене по лабораторії. «Я дуже схвильований. Ви можете сказати, що я дуже заряджаюся енергією».

Інші молоді вчені також у захваті від термоядерного синтезу. На початку тижня, коли я відвідав, Кіртлі виступав на конференції Департаменту фізики плазми Американського фізичного товариства.

«Наприкінці моєї розмови я вийшов, і зі мною прийшло 30 або 40 людей, і в коридорі ми просто півтори години говорили про галузь», — сказав він. «Ажіотаж був величезний. І багато з них було з молодшими інженерами та вченими, які є або аспірантами, або постдокторантами, або в перші 10 років своєї кар’єри, які справді захоплені тим, що робить приватна індустрія».