Главный вопрос, стоящий перед термоядерной энергетикой, остается без ответа: как гарантировать, что стоимость запуска термоядерной реакции не превысит цену, по которой можно продавать полученную электроэнергию?
У многих есть идеи, но пока никто не нашел им решения. Например, компания Commonwealth Fusion Systems настолько уверена в своих силах, что строит огромный реактор, стоимость которого составляет несколько сотен миллионов долларов. Но устройство будет запущено только в следующем году, поэтому вопрос пока остается без ответа.
Другие компании, основанные сравнительно недавно, считают, что у них есть шанс построить термоядерную электростанцию с меньшими затратами, в том числе Pacific Fusion, которая сегодня объявила о результатах серии экспериментов, проведенных в Национальной лаборатории Сандиа, которые, по ее словам, позволят исключить некоторые дорогостоящие элементы ее подхода. Компания эксклюзивно поделилась результатами с TechCrunch.
Термоядерная энергетика обещает вырабатывать большие объемы электроэнергии круглосуточно и поставлять ее способом, привычным для современных операторов энергосетей. Большинство стартапов в области термоядерной энергетики планируют ввести в эксплуатацию свою первую коммерческую термоядерную электростанцию в начале-середине 2030-х годов.
Компания Pacific Fusion разрабатывает метод, известный как инерциальный термоядерный синтез с импульсным управлением (ICF). По своей сути, он похож на эксперименты, проводимые на Национальном комплексе зажигания (NIF). Компания быстро сжимает небольшие топливные гранулы, и это сжатие приводит к слиянию атомов внутри топлива и высвобождению энергии.
Но если в проекте NIF для запуска процесса сжатия используются лазеры, то в проекте Pacific Fusion планируется использовать мощные импульсы электричества. Эти импульсы создадут магнитное поле, окружающее топливную гранулу — размером примерно с ластик карандаша — что приведет к ее сжатию менее чем за 100 миллиардных долей секунды.
«Чем быстрее вы сможете его взорвать, тем сильнее он нагреется», — заявил TechCrunch Кит ЛеШьен, соучредитель и технический директор Pacific Fusion.
Одна из проблем импульсного термоядерного синтеза заключается в том, что для его корректной работы обычно требуется небольшой толчок. Чтобы создать в топливной таблетке условия, достаточно горячие для термоядерного синтеза, исследователи используют как лазеры, так и магниты для предварительного нагрева. «Это всего лишь небольшое количество энергии, чтобы дать ей небольшой импульс перед сжатием», — сказал ЛеШьен, имея в виду от 5% до 10% от общей энергии.
Однако добавление лазеров и магнитов увеличивает первоначальную сложность, стоимость и требования к техническому обслуживанию машины, что значительно затрудняет продажу электроэнергии по конкурентоспособным ценам.
В ходе экспериментов в Сандии компания Pacific Fusion доработала конструкцию цилиндра, в котором находилась топливная таблетка, и отрегулировала подаваемый к ней электрический ток. Перед мощным электрическим импульсом, запускающим термоядерную реакцию, компания позволила небольшому количеству магнитного поля проникнуть в топливо, прежде чем сжать его, нагревая при этом.
«Мы можем внести очень незначительные изменения в конструкцию этого цилиндра, которые позволят магнитному полю просачиваться в топливо до его сжатия», — сказал ЛеШьен.
Топливо компании Pacific Fusion загружается в пластиковую мишень, обернутую алюминием. Варьируя толщину алюминия, компания может регулировать, какая часть магнитного поля достигает топлива. Корпус должен быть изготовлен с определенной точностью, но не чрезмерной, сказал ЛеШьен, — примерно такой же, как требуется для гильзы пули калибра .22. «Этот процесс оттачивался, совершенствовался и оттачивался более 100 лет», — добавил он.
Эти изменения не сильно влияют на то, сколько энергии Pacific Fusion необходимо доставить к цели. «Для того чтобы магнитное поле проникло в центр топлива, требуется совсем немного энергии, — сказал он. — Это ничтожно малая доля, гораздо меньше 1%. Это очень, очень, очень малая доля от общей энергии системы, поэтому она практически незаметна».
По его словам, отказ от магнитной системы упростит систему и снизит требования к ее техническому обслуживанию, что незначительно повлияет на общую стоимость. Но отказ от лазера значительно сократит расходы. «Масштаб лазера, необходимого для предварительного нагрева таких систем с высоким коэффициентом усиления, превышает 100 миллионов долларов».
ЛеШьен сказал, что подобные эксперименты также помогают усовершенствовать симуляции компании, чтобы убедиться в их соответствии тому, что происходит в реальном мире. «Многие люди моделировали что-то и говорили: „О, это сработает“ или „то сработает“», — сказал он. «Совсем другое дело — смоделировать что-то, построить это, протестировать и убедиться, что это работает. Замкнуть этот цикл сложно».
Источник: techcrunch.com
