Labordy Cenedlaethol yn Datgloi Ymasiad Niwclear - Gwir Ddatblygiad, Deddf Newydd-deb, Neu'r Ddau?

Nmae ymasiad uclear wedi bod yn Greal Sanctaidd o egni gwirioneddol lân ers tro. Mae malu atomau hydrogen gyda'i gilydd yn addo trydan di-ben-draw gyda dim allyriadau carbon, lleiafswm o wastraff ymbelydrol a dim siawns o gwympo'n drychinebus. Ond ers hanner canrif mae gwyddonwyr ymasiad wedi'u cyfyngu gan bŵer eu laserau a chryfder eu meysydd magnetig - erioed o'r blaen darganfod sut i odro mwy o egni allan o'u malu atomau nag y maent yn ei roi i mewn.

Heddiw mae gwyddonwyr yn y Cyfleuster Tanio Cenedlaethol yn y Labordy Cenedlaethol Lawrence Livermore (LLNL) yng Nghaliffornia yn datgelu eu bod yn gynnar ym mis Rhagfyr, am y tro cyntaf, wedi llwyddo i sicrhau cynnydd ynni o fwy nag 1 - hynny yw, mae mwy o egni wedi'i allyrru o'r adweithiau y tu mewn i'w capsiwl tanwydd deuterium-tritiwm (2,000 megajoules) nag oedd yn gynwysedig yn y 192 laserau y maent yn ei chwythu ag ef.

Mae'n fargen fawr, sy'n werth ei ddathlu, ond braidd yn orffenedig, meddai Debra Callahan, ffisegydd plasma a adawodd dîm ymasiad LLNL yn ddiweddar i ddod yn gyfarwyddwr gwyddonol wrth gychwyn. Ynni â Ffocws, sydd eisoes yn gweithio i fasnacheiddio'r dull gweithredu.

Roedd Callahan yn gwybod y byddai LLNL yn cyflawni enillion ynni net ar ôl y llynedd iddynt gyrraedd allbwn ynni o 72% o'u mewnbynnau ynni laser. “Nid yw’n syndod i mi. O ystyried y llwybr canlyniadau yr oeddem wedi bod yn eu gweld, roedd yn mynd i ddigwydd,” meddai. Roedd angen ychydig mwy o bŵer laser arnynt. Felly sut mae'n gweithio? Dychmygwch silindr bach gwag wedi'i wneud o aur sy'n ffitio yng nghledr eich llaw. Gelwir hynny yn y hohlraum. Y tu mewn i'r hohlraum mae capsiwl tanwydd bach yn mynd y tu mewn iddo mae atomau dewteriwm a thritiwm.

Maen nhw'n defnyddio aur oherwydd ei fod yn dal yn y pelydrau-x sy'n cael eu cynhyrchu pan maen nhw'n ffrwydro naill ben yr hohlraum â 173 o laserau mwyaf pwerus y byd. Dywed Callahan, “Mae fel popty pelydr-x,” sy'n cywasgu'r tanwydd cymaint nes ei fod yn mewnblannu ac yn tanio ymasiad ymhlith atomau yng nghanol y capsiwl. Yna mae'r ymasiad yn lluosogi mewn ton o'r canol, gan allyrru gwres aruthrol. Mae hyn i gyd yn digwydd mewn biliynfed o eiliad.

Pam y gadawodd Callahan LLNL pan oeddent ar drothwy llwyddiant? Oherwydd, meddai, nid peiriant ymasiad yw'r Cyfleuster Tanio Cenedlaethol. Mae'r hohlraum yn wych ar gyfer arddangos tanio, ond nid yw o reidrwydd yn ddigon effeithlon ar gyfer peirianneg ymasiad curiad parhaus oherwydd bod cymaint o ynni laser gweddilliol yn cael ei golli wrth gynhesu'r aur yn hytrach na'r tanwydd hydrogen. Felly yn Focused Energy (gyda chefnogaeth Lab Prime Movers ac Cymdeithion Menter Newydd) eu cynllun yw taflu'r hohlraum ac yn lle hynny defnyddio dull “gyriant uniongyrchol” — chwythu'r laserau yn uniongyrchol ar gapsiwl tanwydd (gweler y sgematig).

Nid ydynt wedi dangos eto ei fod yn gweithio, ond mae Callahan yn hyderus y bydd eu prosiect peilot yn cyflawni cynnydd ynni 10x ymhen ychydig flynyddoedd. Bydd hynny'n cael ei ddilyn gan ail blanhigyn yn cyrraedd enillion o 30x, ac yna beth fyddai eu generadur masnachol cyntaf ar ddiwedd y 2030au, gan obeithio sicrhau cynnydd ynni 100x a ffrwydro 10 capsiwlau tanwydd bob eiliad.

Ond yr oedd her benodol ynddi. Ar 10 yr eiliad, byddai eu peiriant yn defnyddio bron i 900,000 o gapsiwlau y dydd. Nid yw hyn fel rhawio glo i ffwrnais; byddai angen gweithgynhyrchu pob capsiwl i safonau manwl gywir a'i saethu i mewn i'r peiriant gydag amseriad perffaith.

***

Ydy hynny'n realistig? Nid yw rhai cystadleuwyr ymasiad yn meddwl hynny. Mae General Fusion yn gwmni ymasiad o Vancouver, Canada a gyhoeddodd ei garreg filltir ei hun ddoe. Gelwir ei ddull yn ymasiad targed magnetedig ac mae'n cynnwys peiriant lle maent yn chwistrellu pêl o plasma hydrogen i'r peiriant ac yn defnyddio magnetau pwerus i'w ddal wrth gywasgu â phistonau mecanyddol yn hytrach na laserau. Mae’r Prif Swyddog Gweithredol Greg Twinney yn disgwyl i’r ffatri beilot y mae General Fusion yn ei adeiladu yn y DU arddangos ymasiad yn 2027, gyda dyluniad masnachol yn barod ar ddechrau’r 2030au. “Pan welwn ni newyddion fel hyn dydyn ni ddim yn synnu,” meddai. Ond ni ellir allosod dull LLNL i mewn i blanhigyn ymasiad gweithredol, a dyna beth yw General Fusion (gyda chefnogaeth $300 miliwn gan Jeff Bezos, ShopifySIOP
Aeth y Prif Swyddog Gweithredol Tobias Lutke, a Temasek, ymhlith eraill) ati i wneud o'r dechrau. “Mae popeth rydyn ni'n ei wneud yn canolbwyntio ar orsaf bŵer fasnachol,” meddai. “Os yw’n gweithio mewn arbrawf gwyddoniaeth ond nad yw’n fasnachol, does gennym ni ddim diddordeb yn hynny.”

Cynhyrchodd newyddion LLNL ymateb tebyg gan y Prif Swyddog Gweithredol David Kirtley o gwmni cychwyn ymasiad yn Seattle Helion, gyda chefnogaeth $600 miliwn gan y tecoons technoleg Peter Thiel, Sam Altman, Dustin Moskovitz, Reid Hoffman a Jeff Skoll. “Rydym yn gyffrous eu bod wedi cyrraedd eu cerrig milltir gwyddoniaeth ar gyfer eu peiriant,” meddai Kirtley. Ond nid yw’n teimlo dan fygythiad gan “ddyfais ymchwil nad yw wedi’i dylunio i wneud trydan.” Mewn cyferbyniad, mae gweithrediad peiriant ymasiad 60 troedfedd Helion yn golygu chwistrellu peli plasma ar bob pen, gan eu malu gyda'i gilydd mewn adwaith 100 miliwn gradd a reolir gan feysydd magnetig dwys. 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 ymlaen Cyfraith sefydlu Faraday.)

Mae Helion yn adeiladu ei 7fed prototeip ac yn dylunio ei 8fed, y mae Kirtley yn gobeithio mai hwn fydd y generadur ymasiad masnachol cyntaf - o bosibl wedi'i gysylltu â'r grid pŵer erbyn diwedd y degawd hwn, os aiff popeth yn iawn. Dywed ei bod yn ymddangos y bydd rheoleiddwyr niwclear ffederal yn ddarostyngedig i'r un rheolau â chyflymwyr gronynnau a'r math o beiriannau delweddu a ddefnyddir mewn ysbytai.

Ac mae digon o gwmnïau eraill yn dilyn y dull mwyaf sefydledig o ymasiad—y tokamak cysyniad, lle mae peli plasma yn cael eu chwistrellu i mewn i siambr adweithydd siâp toesen wag, wedi'i reoli gan feysydd magnetig pwerus. Cyfuno'r Gymanwlad, sy'n deillio o MIT, yn ceisio perffeithio'r tokamak gan ddefnyddio deunyddiau uwch-ddargludo tymheredd uchel iawn y mae'r Prif Swyddog Gweithredol Bob Mumgaard yn credu a fydd yn eu galluogi i gael dyfais ymasiad sy'n gweithio erbyn diwedd y degawd. Mae'r un peth yn wir am General Atomics o San Diego (sy'n fwyaf adnabyddus am ddyfeisio drôn y Predator), sydd wedi bod yn gweithredu tokamak ar gyfer yr Adran Ynni ers degawdau ac sy'n dylunio peiriant newydd. Gellir dadlau bod GA hefyd wedi adeiladu magnet mwyaf pwerus y byd, a elwir yn solenoid canolog, ar gyfer prosiect ymasiad mwyaf y byd, y $30 biliwn ITER yn cael ei adeiladu yn Ffrainc. Os bydd y busnesau ymasiad eraill yn cychwyn, bydd ITER wedi darfod cyn iddo gael ei gwblhau rywbryd yn y ddegawd nesaf hyd yn oed. Gan ledaenu ei betiau, mae gan GA (sy'n eiddo i'r biliwnydd Neal Blue) bartneriaeth â Savannah River National Lab i gynhyrchu pelenni tanwydd ar gyfer peiriannau ymasiad laser fel LLNR a Focused Energy.

Pwy bynnag y siaradwch â nhw yn y maes ymasiad, mae eu beirniadaeth o adweithyddion ymholltiad niwclear hirsefydlog yr un fath. Mae adweithiau ymholltiad (lle mae atomau mawr o wraniwm cyfoethog yn cael eu torri'n ddarnau) yn cynhyrchu gwastraff ymbelydrol gan gynnwys plwtoniwm ac actinidau peryglus y gellir eu harfogi. Yn wahanol i ymasiad, sy'n anodd ei ddechrau ac yn hawdd ei atal, mae adweithiau ymholltiad yn hawdd i'w cychwyn ac yn anodd eu hatal, gan gyflwyno'r risg o doddi trychinebus. Dyluniadau mwy newydd, fel y Westinghouse AP1000 Mae adweithydd ymholltiad, sy'n cael ei adeiladu yn yr Unol Daleithiau a Tsieina, yn cynnwys mesurau diogelwch goddefol ac maent bron yn gallu gwrthsefyll toddi.

***

Mae rhai entrepreneuriaid atomig yn meddwl bod ymholltiad yn ddigonol. Bret Kugelmass, sylfaenydd a Phrif Swyddog Gweithredol Ynni Diwethaf, a osodwyd bum mlynedd yn ôl i ddyfeisio adweithydd niwclear mwyaf effeithlon a darbodus y byd. Cyn setlo ar ei ddull gweithredu, bu Kugelmass, sydd bellach yn 36, yn cyfweld â channoedd o arbenigwyr yn y diwydiant niwclear (a rhoi'r sgyrsiau ar ei Podlediad Titans of Nuclear) i gasglu doethineb cyfunol y diwydiant. Er bod ganddo ffydd yn nyfodol ymasiad hirdymor, penderfynodd Kugelmass mai adeiladu adweithyddion ymholltiad modiwlaidd yn y ffordd symlaf, rhataf a mwyaf diogel posibl oedd bet gorau'r byd ar gyfer symud i ffwrdd o danwydd ffosil. Yn ei ffatri ger Houston, mae Last Energy bellach yn cynhyrchu ei adweithyddion dŵr bach, modiwlaidd dan bwysedd, sy'n defnyddio cydrannau parod, sy'n dod o'r cadwyni cyflenwi niwclear presennol, gyda thechnoleg sydd wedi'i pherffeithio dros y degawdau ac sy'n cael ei defnyddio mewn mwy. dros 300 o adweithyddion ledled y byd.

Eisoes, mae Last Energy wedi gwerthu 10 o’i unedau 20-megawat i gwsmer yng Ngwlad Pwyl, dwy arall i Rwmania, a llond llaw i Brydain. Dywed Kugelmass nad yw ei eiddo deallusol yn y cydrannau profedig, ond yn sut i'w rhoi at ei gilydd. Hyd yn hyn mae wedi codi $24 miliwn dan arweiniad Gigafund, ac yn disgwyl i'r adweithyddion cyntaf yng Ngwlad Pwyl fod yn rhedeg yn 2025. Er mwyn ariannu'r peiriannau, mae Last Energy yn ymrwymo i gytundebau prynu pŵer hirdymor gan addo degawdau o ynni niwclear di-garbon i gwsmeriaid am bris is na phrisiau'r farchnad. “Roeddem yn gallu cerfio cilfach ddymunol nad oedd neb yn mynd ar ei hôl,” meddai Kugelmass. “Fe wnaethon ni roi’r llawdriniaeth gyfan mewn bocs du.”

Er mor hudolus ag y gall yr addewid ymasiad fod, os bydd gan Kugelmass ei ffordd y realiti cystadleuol o ymholltiad sefydledig, dibynadwy, gallai eto ollwng ei gefnder newydd clun i fin sbwriel tech flops arwrol - cofiwch Betamax, Google Glass a New Coke?

MWY O FforymauFueled Gan Billionaire Dollars, Mae Niwclear Fusion yn Mynd i Oes NewyddBy Christopher HelmanMWY O FforymauY Niwclear Newydd: Sut Mae Unicorn Energy Fusion $600 miliwn yn bwriadu Curo SolarBy Christopher HelmanMWY O FforymauY Biliwnyddion Tawel y tu ôl i Drone Ysglyfaethus America A Lladdodd Soleimani IranBy Deniz Çam