Kā jaunuzņēmums Pacific Fusion atrada lētāku ceļu uz kodolsintēzes enerģiju?
Kodolsintēze – process, kas daba notiek Saules kodolā – ilgus gadus ir bijusi zinātnieku un inženieru svētā grails. Tas sola tīru, praktiski neierobežotu enerģiju, bet līdz šim tās iegūšana uz Zemes ir prasījusi vairāk enerģijas, nekā radīta. Tomēr situācija strauji mainās. Viens no jaunajiem spēlētājiem, uzņēmums Pacific Fusion, tikko ir paziņojis par būtisku pārpākumu, kas varētu padarīt viņu reaktora koncepciju daudz ekonomiskāku un tuvināt mūs sapņa piepildījumam.
Kas notika Sandia nacionālajā laboratorijā?
Nesen Pacific Fusion pabeidza sēriju nozīmīgu eksperimentu Sandia Nacionālās laboratorijas leģendārajā Z iekārtā (Z Machine) Ņūmeksikā, ASV. Šī ir pasaulē spēcīgākā laboratorijas rentgena staru avota iekārta, kas spēj radīt ārkārtīgus apstākļus – milzīgus spiedienus un temperatūras –, lai pētītu matērijas uzvedību. Rezultātus uzņēmums dalījās ekskluzīvi ar TechCrunch. Un tie ir iedvesmojoši.
Problēma, ar kuru saskaras lielākā daļa kodolsintēzes pieeju
Lai izraisītu kodolsintēzes reakciju, kurā divi viegli atomu kodoli (parasti deitērijs un tritijs) saplūst kopā, izdalot milzīgu enerģiju, tie vispirms ir jāuzsilda līdz simtiem miljonu grādu pēc Celsija. Šajā stāvoklī matērija pārvēršas plazmā – karstā, uzlādētu daļiņu jūrā. Galvenais izaicinājums ir šo plazmu noturēt pietiekami ilgi un ar pietiekamu blīvumu, lai reakcija sāktos un uztvertos. Tradicionālās pieejas, piemēram, tokamaki vai inerciālā sintēze ar lāzeriem, ir ļoti sarežģītas un dārgas, jo prasa milzīgus magnētiskos laukus vai neiedomājami precīzus un jaudīgus lāzeru sistēmas.
Pacific Fusion risinājums: “Dzīvs” iekšējais vads
Pacific Fusion strādā pie inerciālās magnētiskās sintēzes (MIF) reaktora. Viņu ģēnialā inovācija, kuras efektivitāti tikko pārbaudīja Z iekārtā, saucas “dzīvs” vai “šķidrs” vads. Iedomājieties metāla cilindru (parasti no svina), kas ir reaktora mērķis. Tradicionālā pieejā šis cilindrs ir ciets. Pacific Fusion ierosināja to aizstāt ar šķidru metāla kārtu, kas noturēta vietā ar ātrgaitas rotāciju – tā kā kafijas tasē, kad to apgriež.
Kāpēc tas ir tik lētāk un labāk?
Šķidra, rotējoša metāla virsma ir pašreģenerējoša. Katru reizi, kad tiek veikts šāvs (impulss), kas saspiež un uzsilda šo mērķi, lai izraisītu sintēzi, šķidrais metāls uzreiz aizpilda jebkuru nelielu bojājumu vai nelīdzenumu. Tas nozīmē, ka vienu un to pašu mērķa struktūru var izmantot atkārtoti, iespējams, tūkstošiem reižu. Iedomājieties atšķirību starp lādešanas lielgabalu, kas izmanto vienu līdzenu metāla stieni katram šāvienam (dārgi un neefektīvi), un tādu, kas izmanto šķidru metāla strūklu, kas pēc katra šāviena atjaunojas. Tas radikāli samazina materiālu izmaksas un ievērojami paātrina testēšanas ciklu.
Eksperimenta rezultāti: Teorija pārbaudīta praksē
Eksperimenti Sandia laboratorijā pierādīja, ka šī koncepcija darbojas. Zinātnieki spēja izveidot stabilu, ātri rotējošu šķidra svina kārtu un pēc tam to saspiest ar jaudīgiem magnētiskajiem laukiem (tā dara Z iekārta), lai simulētu reaktora darbības apstākļus. Šķidrais metāls uzvedās tieši tā, kā prognozēts – tas noturēja formu un pašreģenerējās pēc impulsa. Tas ir milzīgs solis no teorijas uz praktisku ieviešanu.
Ko tas nozīmē nākotnei?
1. **Izmaksu samazināšana:** Atkārtoti izmantojamais mērķis ir viens no dārgākajiem vienreizējiem izdevumiem daudzos kodolsintēzes eksperimentos. Tā novēršana var samazināt enerģijas ražošanas izmaksas par kārtu.
2. **Ātrāka attīstība:** Inženieri varēs veikt vairāk testu īsākā laikā, negaidot jaunu mērķu izgatavošanu. Tas paātrina inovāciju tempu.
3. **Palielināta izturība:** Šķidrais vads ir dabūjis izturīgāks pret nelīdzenumiem un defektiem, kas var rasties intensīvo procesu laikā, nodrošinot stabilāku darbību.
Kodolsintēzes sacīkste kļūst aizvien saspringtāka
Pacific Fusion nav vienīgais uzņēmums, kas tiecas pēc šī mērķa. Pasaulē darbojas vairāk nekā 40 privātās kodolsintēzes firmas, un daudzas no tām, piemēram, Commonwealth Fusion Systems vai TAE Technologies, arī ir paziņojušas par ievērojamām norēķinu datu sasniegšanu. Tomēr Pacific Fusion pieeja ar šķidro vadu izceļas ar savu vienkāršību un tiešo izmaksu samazināšanas fokusu. Ja viņiem izdosies izveidot darba prototipu, tas varētu būt tas pārpākums, kas padarīs kodolsintēzes enerģiju ne tikai iespējamu, bet arī ekonomiski konkurētspējīgu ar fosilajiem kurināmajiem un citām atjaunojamām enerģijas avotiem.
Kad sagaidām pirmo komerciālo reaktoru?
Joprojām ir priekšā garš ceļš. Nākamais solis būs lielāka mēroga testi un pilna reaktora koncepta izstrāde. Lielākā daļa ekspertu prognozē, ka pirmās komerciālās kodolsintēzes elektrostacjas varētu parādīties tikai 2030. vai 2040. gadu vidū. Taču pārpākumi, piemēram, šis no Pacific Fusion, nepārprotami paātrina šo grafiku. Katrs šāds panākums ir vēl viens ķieģelis mūra ēkā, kas vienu dienu varēs apgādāt pasauli ar tīru, drošu un praktiski mūžīgu enerģiju.
Viena lieta ir skaidra: kodolsintēze vairs nav tālu nākotnes fantastika. Tā ir aktīva zinātnes un inženierijas nozare, kurā notiek reāls progress. Un pēdējie notikumi Sandia laboratorijā liecina, ka revolūcija varētu sākties nevis no milzīgām, valstis finansētām iekārtām, bet no vienkāršas, elegantas idejas – šķidra metāla strūklas, kas griežas, lai dotu mums enerģijas nākotni.