Ազգային լաբորատորիան բացում է միջուկային միաձուլումը. իսկական առաջընթաց, նորության ակտ, թե՞ երկուսն էլ:

NUclear fusion-ը վաղուց եղել է իսկապես մաքուր էներգիայի Սուրբ Գրաալը: Ջրածնի ատոմների ջախջախումը խոստանում է անսահման էլեկտրաէներգիա՝ զրո ածխածնի արտանետումներով, ռադիոակտիվ թափոնների նվազագույն քանակով և աղետալի հալման զրոյական հնարավորությամբ: Սակայն կես դար շարունակ միաձուլման գիտնականները սահմանափակված են եղել իրենց լազերների հզորությամբ և մագնիսական դաշտերի ուժով. մինչ այժմ երբեք չեն հասկացել, թե ինչպես կթել իրենց ատոմից ավելի շատ էներգիա, քան նրանք ներդրել են:

Այսօր գիտնականները Ազգային բռնկման կայան է Լոուրենս Լիվմորի Ազգային լաբորատորիա (LLNL) Կալիֆորնիայում կբացահայտի, որ դեկտեմբերի սկզբին առաջին անգամ նրանց հաջողվել է հասնել 1-ից ավելի էներգիայի ավելացման, այսինքն՝ ավելի շատ էներգիա է արտանետվել իրենց դեյտերիում-տրիումի վառելիքի պարկուճի ներսում տեղի ունեցած ռեակցիաներից (2,000 մեգաջոուլ): քան պարունակվում էր 192 լազեր որով պայթեցրել են այն:

Դա մեծ գործարք է, արժե նշել, բայց որոշակիորեն կանխորոշված ​​եզրակացություն, ասում է Դեբրա Քալահանը, պլազմային ֆիզիկոս, ով վերջերս լքեց LLNL միաձուլման թիմը՝ դառնալու գիտական ​​ղեկավար ստարտափում: Կենտրոնացված էներգիա, որն արդեն աշխատում է մոտեցումը առեւտրայնացնելու ուղղությամբ։

Քալահանը գիտեր, որ LLNL-ը կհասներ էներգիայի զուտ շահույթի այն բանից հետո, երբ անցյալ տարի նրանք հասան իրենց լազերային էներգիայի 72%-ի էներգիայի թողարկմանը: «Ինձ համար դա անակնկալ չէ: Հաշվի առնելով, որ արդյունքների ուղին, որը մենք տեսնում էինք, դա լինելու էր»,- ասում է նա։ Նրանց պարզապես անհրաժեշտ էր մի փոքր ավելի շատ լազերային հզորություն: Այսպիսով, ինչպես է այն աշխատում: Պատկերացրեք ոսկուց պատրաստված մի փոքրիկ խոռոչ գլան, որը տեղավորվում է ձեր ձեռքի ափի մեջ: Դա կոչվում է hohlraum. Hohlraum-ի ներսում անցնում է վառելիքի մի փոքրիկ պարկուճ, որի ներսում կան դեյտերիումի և տրիտիումի ատոմներ:

Նրանք օգտագործում են ոսկի, քանի որ այն պահպանվում է ռենտգենյան ճառագայթների մեջ, որոնք ստացվում են, երբ նրանք պայթեցնում են հոլրաումի երկու ծայրերը աշխարհի 173 ամենահզոր լազերներով: Քալահանն ասում է. «Դա նման է ռենտգեն վառարանի», որն այնքան է սեղմում վառելիքը, որ այն պայթում է և բռնկում պարկուճի կենտրոնում գտնվող ատոմների միջև միաձուլումը: Այնուհետև միաձուլումը տարածվում է կենտրոնից ալիքով՝ արտանետելով ահռելի ջերմություն: Այս ամենը տեղի է ունենում վայրկյանի միլիարդերորդականում։

Ինչո՞ւ Քալահանը լքեց LLNL-ը, երբ նրանք հաջողության եզրին էին: Որովհետև, ասում է նա, Ազգային բոցավառման կայանը միաձուլման մեքենա չէ: Hohlraum-ը հիանալի է բռնկումը ցուցադրելու համար, բայց պարտադիր չէ, որ այն բավականաչափ արդյունավետ լինի շարունակական իմպուլսային միաձուլման համար, քանի որ լազերային այդքան մնացորդային էներգիա կորչում է ոսկու տաքացման ժամանակ, այլ ոչ ջրածնի վառելիքի: Այսպիսով, կենտրոնացված էներգիայում (աջակցվում է Prime Movers Lab և New Enterprise Associates) նրանց ծրագիրն է դեն նետել hohlraum-ը և փոխարենը օգտագործել «ուղիղ շարժման» մոտեցումը՝ լազերները պայթեցնել անմիջապես վառելիքի պարկուճի վրա (տես սխեման):

Նրանք դեռ չեն ապացուցել, որ այն աշխատում է, բայց Քալահանը վստահ է, որ մի քանի տարում իրենց փորձնական նախագիծը կհասնի 10 անգամ էներգիայի ավելացման: Դրան կհաջորդի երկրորդ կայանը, որը կհասնի 30 անգամ ավելացման, որին կհաջորդի այն, ինչը 2030-ականների վերջում կլինի նրանց առաջին առևտրային գեներատորը, որը հուսով է, որ ձեռք կբերի 100 անգամ էներգիա և կպայթեցնի վառելիքի 10 պարկուճ ամեն վայրկյան:

Բայց դրա մեջ առանձնահատուկ մարտահրավեր էր. Վայրկյանում 10 արագությամբ նրանց մեքենան օրական կօգտագործի գրեթե 900,000 պարկուճ: Սա նման չէ ածուխը վառարանի մեջ թիակ դնելուն. Յուրաքանչյուր պարկուճ պետք է արտադրվի խիստ ստանդարտներով և կատարյալ ժամանակով նկարահանվի մեքենայի մեջ:

***

Դա իրատեսակա՞ն է։ Որոշ fusion մրցակիցներ այդպես չեն կարծում: General Fusion-ը Վանկուվերում, Կանադայում գործող միաձուլման ընկերություն է, որը երեկ հայտարարեց իր սեփական նշաձողի մասին: Դրա մոտեցումը կոչվում է մագնիսացված թիրախային միաձուլում և ներառում է մի մեքենա, որտեղ նրանք ջրածնային պլազմայի գնդիկ են ներարկում մեքենայի մեջ և օգտագործում հզոր մագնիսներ՝ այն պահելու համար՝ սեղմելով մեխանիկական մխոցներով, այլ ոչ թե լազերներով: Գործադիր տնօրեն Գրեգ Թվիննին ակնկալում է, որ Մեծ Բրիտանիայում կառուցվող General Fusion-ի փորձնական գործարանը կցուցադրի միաձուլումը 2027 թվականին, իսկ կոմերցիոն դիզայնը պատրաստ կլինի 2030-ականների սկզբին: «Երբ նման լուրեր ենք տեսնում, չենք զարմանում»,- ասում է նա: Բայց LLNL-ի մոտեցումը չի կարող էքստրապոլացվել գործող միաձուլման գործարանի մեջ, ինչն էլ General Fusion-ն է (300 միլիոն դոլարի աջակցություն Ջեֆ Բեզոսի, Shopify-ի կողմից):Խանութ
Գործադիր տնօրեն Թոբիաս Լյուտկեն և Թեմասեկը, ի թիվս այլոց) սկզբից ձեռնամուխ եղան անելու: «Այն ամենը, ինչ մենք անում ենք, կենտրոնացած է կոմերցիոն էլեկտրակայանի վրա», - ասում է նա: «Եթե այն աշխատում է գիտափորձի մեջ, բայց կոմերցիոն չէ, դա մեզ չի հետաքրքրում»:

LLNL-ի նորությունները նմանատիպ արձագանք առաջ բերեցին Սիեթլում գործող fusion ստարտափի գործադիր տնօրեն Դեյվիդ Քիրթլիից: Հելիոն600 միլիոն դոլարի աջակցությունը տեխնոլոգիական մագնատներ Փիթեր Թիլից, Սեմ Ալթմանը, Դասթին Մոսկովիցը, Ռիդ Հոֆմանը և Ջեֆ Սքոլը: «Մենք ոգևորված ենք, որ նրանք հասան իրենց գիտության գագաթնակետին իրենց մեքենայի համար», - ասում է Քիրթլին: Բայց նա իրեն վտանգ չի զգում «հետազոտական ​​սարքից, որը նախատեսված չէ էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար»։ Ի հակադրություն, Helion-ի 60 ոտնաչափ երկարությամբ միաձուլման մեքենայի շահագործումը ներառում է պլազմային գնդիկների ներարկում յուրաքանչյուր ծայրում՝ դրանք միասին ջախջախելով 100 միլիոն աստիճանի ռեակցիայի մեջ, որը վերահսկվում է ինտենսիվ մագնիսական դաշտերով: Հելիոնի նոր համակարգում միաձուլման ռեակցիաների ժամանակ արձակված էներգիան անընդհատ դուրս է մղվում նրա մագնիսական պարունակության դաշտի դեմ, որը հետ է մղվում՝ առաջացնելով «մխոցի նման» տատանումներ, որոնք առաջացնում են էլեկտրական հոսանք, որը Հելիոնը գրավում է անմիջապես ռեակտորից: (Մանրամասն, կարդացեք Ֆարադեի ինդուկցիայի օրենքը.)

Helion-ը կառուցում է իր 7-րդ նախատիպը և նախագծում է 8-րդը, որը Կիրթլին հուսով է, որ կլինի առաջին առևտրային միաձուլման գեներատորը, որը հնարավոր է միացված լինի էլեկտրացանցին մինչև այս տասնամյակի վերջը, եթե ամեն ինչ ճիշտ լինի: Նա ասում է, որ դաշնային միջուկային կարգավորիչները պատրաստ են իրենց մեքենան ենթարկել նույն կանոններին, ինչ մասնիկների արագացուցիչները և հիվանդանոցներում օգտագործվող պատկերային մեքենաների տեսակները:

Եվ կան բազմաթիվ այլ ընկերություններ, որոնք հետապնդում են միաձուլման առավել կայացած մոտեցումը տոկամակ հայեցակարգ, որի ժամանակ պլազմայի գնդիկներ են ներարկվում ռեակտորի խցիկի մեջ, որը նման է խոռոչ բլիթին, որը կառավարվում է հզոր մագնիսական դաշտերով: Commonwealth FusionMIT-ի սպինոֆը, փորձում է կատարելագործել tokamak-ը, օգտագործելով գերբարձր ջերմաստիճանի գերհաղորդիչ նյութեր, որոնք գործադիր տնօրեն Բոբ Մումգաարդի կարծիքով՝ հնարավորություն կտան նրանց մինչև տասնամյակի վերջ ունենալ միաձուլման գործող սարք: Նույնը վերաբերում է Սան Դիեգոյում գործող General Atomics-ին (առավել հայտնի Predator անօդաչու թռչող սարքի հայտնագործման համար), որը տասնամյակներ շարունակ աշխատում է Էներգետիկայի դեպարտամենտի համար տոկամակ և նախագծում է նոր մեքենա։ GA-ն նաև կառուցեց, հավանաբար, աշխարհի ամենահզոր մագնիսը, որը կոչվում է կենտրոնական solenoid, աշխարհի ամենամեծ միաձուլման նախագծի համար՝ $30 մլրդ ITER կառուցվում է Ֆրանսիայում։ Եթե ​​միաձուլման մյուս ստարտափներն իրենց ճանապարհն ունենան, ITER-ը հնացած կլինի մինչև այն չավարտվի հաջորդ տասնամյակում: Տարածելով իր խաղադրույքները՝ GA-ն (պատկանում է միլիարդատեր Նիլ Բլուին) համագործակցում է Savannah River National Lab-ի հետ՝ վառելիքի կարկուտներ արտադրելու լազերային վրա հիմնված միաձուլման մեքենաների համար, ինչպիսիք են LLNR-ն և Focused Energy-ը:

Ում հետ էլ խոսեք միաձուլման ոլորտում, նրանց քննադատությունները վաղուց ստեղծված միջուկային տրոհման ռեակտորների վերաբերյալ նույնն են: Ճեղքման ռեակցիաները (որում հարստացված ուրանի մեծ ատոմները բաժանվում են) առաջացնում են ռադիոակտիվ թափոններ, ներառյալ պլուտոնիումը և վտանգավոր ակտինիդները, որոնք կարող են սպառազինվել: Ի տարբերություն միաձուլման, որը դժվար է սկսել և հեշտ է դադարեցնել, տրոհման ռեակցիաները հեշտ է սկսել և դժվար է դադարեցնել՝ առաջացնելով աղետալի հալոցքների վտանգ: Ավելի նոր նմուշներ, ինչպիսիք են Westinghouse AP1000 Թե՛ ԱՄՆ-ում, թե՛ Չինաստանում կառուցվող տրոհման ռեակտորը պարունակում է պասիվ անվտանգության միջոցներ և գործնականում պաշտպանված է հալեցումից:

***

Որոշ ատոմային ձեռնարկատերեր կարծում են, որ տրոհումը բավարար է: Բրետ Կուգելմասը, հիմնադիր և գործադիր տնօրեն Վերջին էներգիա, հինգ տարի առաջ ձեռնամուխ եղավ ստեղծելու աշխարհի ամենաարդյունավետ և տնտեսող միջուկային ռեակտորը: Նախքան իր մոտեցումը լուծելը, այժմ 36-ամյա Կուգելմասը հարցազրույց է վերցրել միջուկային արդյունաբերության հարյուրավոր փորձագետներից (և քննարկել է իր Տիտանները միջուկային փոդքաստ) արդյունաբերության հավաքական իմաստությունը քաղելու համար: Թեև նա հավատում է միաձուլման երկարաժամկետ ապագային, Կուգելմասը որոշեց, որ հանածո վառելիքից հեռու մնալու համար աշխարհում լավագույն խաղադրույքը կայանում է նրանում, որ մոդուլային տրոհման ռեակտորներ կառուցվեն ամենապարզ, ամենաէժան և անվտանգ ձևով: Հյուսթոնի մերձակայքում գտնվող իր գործարանում Last Energy-ն այժմ արտադրում է իր առաջին փոքր, մոդուլային ճնշման տակ գտնվող ջրի ռեակտորները, որոնք օգտագործում են պատրաստի բաղադրիչներ, որոնք ստացվում են գոյություն ունեցող միջուկային մատակարարման շղթաներից, տեխնոլոգիայով, որը կատարելագործվել է տասնամյակների ընթացքում և օգտագործվում է ավելի շատ երկրներում: ավելի քան 300 ռեակտոր ամբողջ աշխարհում:

Արդեն Last Energy-ն իր 10 մեգավատ հզորությամբ ագրեգատներից 20-ը վաճառել է Լեհաստանում գտնվող հաճախորդին, ևս երկուսը` Ռումինիային, և մի քանիսը` Բրիտանիային: Կուգելմասը ասում է, որ իր մտավոր սեփականությունը ոչ թե ապացուցված բաղադրիչների մեջ է, այլ այն, թե ինչպես կարելի է դրանք միասին դնել: Նա մինչ այժմ հավաքել է 24 միլիոն դոլար գլխավորությամբ Gigafundև ակնկալում է, որ Լեհաստանում առաջին ռեակտորները կգործարկվեն 2025 թվականին: Մեքենաները ֆինանսավորելու համար Last Energy-ն կնքում է էներգիայի գնման երկարաժամկետ պայմանագրեր՝ հաճախորդներին խոստանալով տասնամյակների ընթացքում զրոյական ածխածնի միջուկային էներգիա՝ շուկայականից ցածր գներով: «Մենք կարողացանք փորել ցանկալի տեղը, որի հետևից ոչ ոք չէր գնում», - ասում է Կուգելմասը: «Մենք սև արկղ ենք դրել ամբողջ գործողությունը».

Որքան էլ որ գայթակղիչ լինի միաձուլման խոստումը, եթե Կուգելմասը իր ճանապարհն ունենա, հաստատված, հուսալի տրոհման մրցակցային իրողությունները դեռ կարող են իր նոր զարմիկին տեղափոխել հերոսական տեխնոլոգիական տապալումների աղբանոց. հիշո՞ւմ եք Betamax-ը, Google Glass-ը և New Coke-ը:

ԱՎԵԼԻ ՖՈՐԲԵՍԻՄիլիարդատեր դոլարներով սնվող միջուկային միաձուլումը նոր դարաշրջան է մտնումBy Քրիստոֆեր ՀելմանԱՎԵԼԻ ՖՈՐԲԵՍԻՆոր միջուկ. Ինչպես է 600 միլիոն դոլար արժողությամբ միաձուլվող էներգիայի միաեղջյուրը նախատեսում հաղթել արևինBy Քրիստոֆեր ՀելմանԱՎԵԼԻ ՖՈՐԲԵՍԻՀանգիստ միլիարդատերերը Ամերիկայի գիշատիչ անօդաչու թռչող սարքի հետևում, որը սպանեց Իրանի ՍոլեյմանինBy Դենիզ Չամ