Fueled Gan Billionaire Dollars, Mae Niwclear Fusion yn Mynd i Oes Newydd

Ar ôl codi mwy na $3 biliwn yn 2021 gan gwmnïau fel Bill Gates a Jeff Bezos, mae datblygwyr ymasiad yn mynnu y gallai’r ffynhonnell ynni di-garbon hon fod yn realiti o fewn degawd.

Mae’n amlwg y gall ymasiad niwclear weithio ar raddfa—edrychwch ar y sêr. Ers 70 mlynedd mae ffisegwyr wedi breuddwydio am botelu’r pŵer seren hwnnw ar ffurf adweithyddion ymasiad a fyddai’n pweru’r grid trydan gyda’r un adweithiau di-garbon, di-garbon sy’n gwneud i’r haul ddisgleirio. Mae'r Greal Sanctaidd hon wedi'i hysbysebu ers amser maith fel dim ond 20 neu 30 mlynedd i ffwrdd, ond mae cefnogwyr ymasiad wedi gwrthod rhoi'r gorau i'r ffydd. Ac am reswm da. Mae ymasiad (sy’n malu atomau hydrogen gyda’i gilydd yn heliwm) yn addo pŵer trydan di-garbon di-ben-draw gyda dim risg o doddi a bron dim o’r gwastraff ymbelydrol sy’n gysylltiedig â gweithfeydd pŵer niwclear presennol sy’n rhedeg ar ymholltiad (hollti atomau wraniwm yn elfennau llai). 

Ysbrydolodd y freuddwyd Ajay Royan, cyd-sylfaenydd Mithril Capital (gyda’r biliwnydd Peter Thiel), a fuddsoddodd $2013 filiwn am y tro cyntaf yn Redmond, o gwmni Wash, Helion Energy, fel y gallai adeiladu peiriant “pŵer pwls ailadroddus” prototeip. Mae Mithril wedi buddsoddi yn Helion byth ers hynny, gan gynnwys ei rownd ddiweddar o $2 miliwn (sy’n gwerthfawrogi’r cwmni ar $500 biliwn) - gyda’r addewid o $3 biliwn yn fwy os yw seithfed prototeip y cwmni’n gweithio fel y gobeithiwyd. Arweiniwyd rownd Helion gan Sam Altman o Y Combinator. 

Roedd blwyddyn 2021 yn un fawr ar gyfer cyllid a rhagolygon ymasiad, wrth i ddatblygwyr godi mwy na $3 biliwn i ariannu eu rownd nesaf o beiriannau - gyda rhai bellach yn addo ymasiad sy'n fasnachol hyfyw mewn dim ond pum mlynedd. Mae Royan yn hapus i weld fusion yn cael mwy o sylw; “Mae’n bosibl bod 2021 yn drobwynt ar gyfer ymasiad yn ôl dadansoddeg Google, ond digwyddodd y trobwynt go iawn ddegawd yn ôl pan aeth electroneg pŵer heibio i drothwy.” 

Mae'r Prif Swyddog Gweithredol David Kirtley yn esbonio bod y gwaith ymchwil a datblygu cychwynnol y tu ôl i Helion wedi'i wneud mewn labordai ffederal, y cafodd Helion ei nyddu ohonynt yn 2013. Wedi'i ryddhau o'r fiwrocratiaeth Ymchwil a Datblygu ffederal, mae Helion wedi bod yn adeiladu prototeipiau newydd un ar ôl y llall byth ers hynny. “Nid yw'r meddylfryd cychwyn yn braf i'w gael, mae'n ofyniad. a'r hyn rydyn ni wedi canolbwyntio arno o'r dechrau,” meddai Kirtley.

Yn 2020 cwblhaodd Helion ei chweched adweithydd prototeip, a alwyd yn Trenta. Mae bellach yn adeiladu seithfed, Polaris, tra eisoes yn dylunio'r wythfed, Antares, y mae Kirtley yn bwriadu bod y peiriant ymasiad cyntaf erioed i roi mwy o egni allan nag y mae'n ei gymryd. Ochr yn ochr â iteriad cyflym, mae Helion yn elwa ar arbenigedd lleol. Mae'n adeiladu'r peiriant Polaris yn Everett, Wash., Ger ffatrïoedd mwyaf Boeing, lle gallant fanteisio ar ecosystem groesawgar o beirianwyr contract a chynhyrchwyr manwl gywir. Dywed Kirtley eu bod yn treulio'r boreau yn tincian, yn diweddaru systemau, ac yn pweru cynwysyddion. “Bob prynhawn am 3 pm rydyn ni'n dechrau gwneud ymasiad.”

Er mwyn deall dull Helion, ystyriwch yn gyntaf y gwrthyriad magnetig sy'n digwydd pan geisiwch orfodi polion positif dau fagnet bar gyda'i gilydd. Dyma'r egwyddor sy'n galluogi technoleg “mag-lev” fel trenau bwled enwog Japan, sy'n defnyddio gwrthyriad magnetig i arnofio ar glustog aer. 

Mae ymchwilwyr ymasiad ers degawdau wedi ceisio dyfeisio electromagnetau cryfaf y byd, y maent yn peiriannu siambrau adweithio â nhw â meysydd magnetig mor gryf fel y gallant gynnwys, a chywasgu, ffrwd chwistrellu o brotonau â gwefr bositif i belen o blasma mor boeth nes eu bod yn asio i mewn heliwm. 

Yn system newydd Helion, mae'r egni a ryddheir yn yr adweithiau ymasiad yn gwthio allan yn barhaus yn erbyn ei faes cyfyngiant magnetig, sy'n gwthio'n ôl - gan achosi osgiliadau (fel piston," meddai Kirtley) sy'n cynhyrchu cerrynt trydan, y mae Helion yn ei ddal yn uniongyrchol o'r adweithydd . (Am ragor, darllenwch am gyfraith sefydlu Faraday.) 

Dywed Royan o Mithril efallai mai atyniad mwyaf dull cynhyrchu trydan uniongyrchol Helion yw ei symlrwydd. Nod dulliau ymasiad eraill yw cynhyrchu gwres, er mwyn berwi dŵr a phweru tyrbinau stêm, sy'n cynhyrchu trydan - fel mewn gweithfeydd pŵer niwclear traddodiadol. “Fe allwn ni ei wneud heb unrhyw dyrbinau stêm na thyrau oeri. Rydyn ni'n cael gwared ar y gwaith pŵer.” 

I fod yn sicr, mae Kirtley yn deall amheuaeth ymasiad, yn enwedig o amgylch ei amserlen ymosodol. Dechreuodd ei yrfa yn y maes ymasiad, wedi'i ysbrydoli gan wyddonwyr mewn labordai cenedlaethol yn y 1960au a wnaeth ddatblygiadau mawr mewn cyfyngiant magnetig (gan ymladd â gwyddonwyr Rwsiaidd i ddyfeisio adweithyddion siâp toesen o'r enw tokamaks) hyd yn oed cyn dyfeisio transistorau. Ond collodd Kirtley ffydd ar ôl penderfynu ar ddulliau cynnar ni allai esblygu'n ddigon cyflym i gynhyrchu datrysiad masnachol - felly aeth i weithio ar yriant llong ofod uwch gan ddefnyddio jet plasma a reolir gan electromagnetau. Daeth yn ôl i'r maes yn 2008 i helpu i fasnacheiddio technoleg Helion. 

Ymhen amser mae'n rhagweld gweithgynhyrchu generaduron ymasiad mewn ffatri. Byddai system graddfa 50 mw, wedi'i phecynnu'n dair uned maint cynhwysydd cludo, yn pweru 40,000 o gartrefi. “Mewn 10 mlynedd bydd gennym ni drydan masnachol ar werth, yn sicr.” 

Mae hynny'n rhoi Helion mewn ras gyda Commonwealth Fusion Systems o Boston, canlyniad MIT, a gododd $1.8 biliwn gan fuddsoddwyr gan gynnwys Bill Gates a George Soros. Mae'r Prif Swyddog Gweithredol Bob Mumgaard yn dweud y bydd ganddyn nhw adweithydd yn gweithio mewn 6 blynedd. Mae ei optimistiaeth yn cael ei hybu gan brawf haf llwyddiannus y Gymanwlad o electromagnetau newydd wedi'u peiriannu ag uwch-ddargludyddion wedi'u gwneud o bariwm copr ocsid pridd prin. 

Dywed Mumgaard y bydd y magnetau pwerus hyn yn galluogi’r Gymanwlad i berffeithio eu dull ymasiad ychydig yn fwy traddodiadol o adeiladu adweithydd “tokamak” siâp toesen, y mae Mumgaard yn ei alw’n “botel magnetig fawr” lle mae meysydd magnetig pwerus yn rheoli peli plasma 100 miliwn gradd - “ stwff seren.” 

Mae tua 150 o tokamaks o gwmpas y byd; mae'r un mwyaf yn cael ei adeiladu yn Ffrainc am $30 biliwn gan gonsortiwm rhyngwladol o'r enw ITER. Disgwylir i'r peiriant 20,000 tunnell, maint arena pêl-fasged, gael ei gwblhau erbyn 2035. 

Ond mae Mumgaard yn bwriadu i Commonwealth Fusion wneud ITER yn ddarfodedig cyn iddo gael ei gwblhau hyd yn oed. Mae ei ymyl wrth gymhwyso uwch-ddargludyddion “tymheredd uchel” wedi'u gwneud â bariwm copr ocsid daear prin (aka ReBCO). 

Mae uwch-ddargludyddion yn symud cerrynt trydanol gyda bron ddim colled (yn llawer mwy effeithlon na chopr, er enghraifft). Ac maent yn allweddol i wneud electromagnetau pwerus. Mae'r Gymanwlad wedi canfod, trwy wneud ei magnetau gan ddefnyddio tâp bariwm copr ocsid arbennig (fel y tâp a geir mewn casét VHS) y gall gyflawni meysydd magnetig yn fwy pwerus na'r rhai a ragwelwyd yn ITER, ond ar 1/20fed y raddfa. 

Tra bydd magnetau cynradd ITER (a elwir yn solenoidau) yn pwyso tua 400 tunnell ac yn cyflawni meysydd cryfach na 12 tesla, mae'r Gymanwlad yn llygadu magnetau 15 tunnell, pob un yn defnyddio 300 km o dâp ffilm tenau ReBCO, a fydd yn cynhyrchu 20 tesla (er cymhariaeth, a peiriant delweddu cyseiniant magnetig yn gwneud 1.5 tesla). 

“Mae hyn yn datgloi’r peiriant ymasiad,” meddai Mumgaard. Profodd CES y magnetau yr haf diwethaf a datganodd ei fod yn “brawf” bod gwyddor ymasiad bellach bron yn gyflawn a'r cyfan sydd ar ôl yw adeiladu'r adweithydd. “Rydym yn deall y deunydd yn dda ac yn meddwl y gallwn wneud hyn mewn tair blynedd,” meddai Mumgaard. “Erbyn 2030 byddwn yn gweld ymasiad ar y grid.” 

Mae CES ar fin adeiladu ei beiriant ymasiad ar safle 47 erw ym Massachusetts, ac mae eisoes yn gweithio i ddod o hyd i filoedd o gilometrau o dâp ReBCO. A allai argaeledd y ddaear brin ddod yn ffactor sy'n cyfyngu ar y broses o gyflwyno ymasiad? Na meddai Mamgaard. “Bydd gan blanhigyn ymasiad ddaearoedd llai prin na thyrbin gwynt. Nid yw ymasiad yn ymwneud ag adnodd y mae angen i chi ei gloddio neu ei bwmpio. Mae'n ymwneud â thechnoleg.” 

Dylai fod lle i fwy nag un enillydd fusion. Mae arweinwyr eraill yn cynnwys General Fusion, sydd wedi'i leoli yng Nghanada gyda chefnogaeth Jeff Bezos, a gododd $130 miliwn eleni. Y biliwnyddion nodedig eraill yn y gêm ymasiad yw Neal a Linden Blue, sy'n berchen ar General Atomics o San Diego, sydd ers degawdau wedi gweithredu tokamak ymchwil ar ran y DOE, ac sydd eleni wedi cyflwyno perfedd ei electromagnetau tokamak i ITER - solenoid canolog 1,000 tunnell. Ac mae yna TAE Energy of California, sydd wedi bod yn arbrofi gyda $1 biliwn am y degawd diwethaf, ac wedi codi $130 miliwn yn ystod y pandemig.

Efallai bod technoleg Fusion wedi dechrau mewn labordai a ariennir gan y llywodraeth, ond bydd yn rhaid i'r gwaith o'i ddwyn ffrwyth ddibynnu ar arian preifat. Dywed Amy Roma, partner yn Hogan Lovells yn Washington, DC, y byddai'r bil Build Back Better sydd bellach mewn limbo wedi cynnwys $875 miliwn ar gyfer niwclear uwch, ond am y tro, bydd yn rhaid i'r diwydiant setlo am swyddfa newydd o arddangosiad adweithydd uwch o dan y Yr Adran Ynni, a ariannwyd gan y Ddeddf Seilwaith diweddar. Byddai niwclear di-garbon hefyd yn elwa o orchymyn gweithredol diweddar yr Arlywydd Biden yn galw am brynu ynni’r llywodraeth Ffederal i fod yn “sero-net” erbyn 2030. 

Mae'r buddsoddwr technoleg chwedlonol Steve Jurvetson, cefnogwr Commonwealth Fusion a ysgrifennodd ei siec gyntaf tuag at ymchwil ymasiad 25 mlynedd yn ôl, bron yn betrusgar y gallai'r freuddwyd hon a ohiriwyd ers amser maith ddod yn realiti cyn bo hir. “Mae digon o naysayers nes ei fod wedi gorffen. Yna maen nhw'n dweud ei fod yn amlwg. ” 

Dywed Royan gan Mithril ei fod eisoes yn gweithio i addasu ei fframwaith i ystyried pa mor wahanol y bydd y byd yn edrych pan fo ymasiad yn real — “Meddyliwch am y cyfleoedd ar gyfer dihalwyno dŵr, a chynhyrchu gwrtaith. Mae hyn yn newid economeg dŵr yn sylfaenol dros nos, ac felly economeg amaethyddiaeth.” Mae’r cyfan yn rhan o lwybr dynolryw, meddai, “i ddal ati i brofi mai idiot oedd Malthus.” 

MWY O FforymauY Niwclear Newydd: Sut Mae Unicorn Energy Fusion $600 miliwn yn bwriadu Curo SolarBy Christopher Helman
MWY O FforymauY Biliwnyddion Tawel y tu ôl i Drone Ysglyfaethus America A Lladdodd Soleimani IranBy Deniz Çam