Een nieuwe benadering van fusie

Algemene fusie , een startup in Vancouver, Canada, zegt dat het binnen het volgende decennium een ​​prototype van een fusiecentrale kan bouwen en dat voor minder dan een miljard dollar. Tot nu toe heeft het $ 13,5 miljoen opgehaald bij openbare en particuliere investeerders om zijn ambitieuze inspanning een vliegende start te geven.

Kracht zuigers: De reactor van General Fusion is een metalen bol met 220 pneumatische zuigers die zijn ontworpen om tegelijkertijd het oppervlak te rammen. Het rammen creëert een akoestische golf die door een lood-lithiumvloeistof reist en uiteindelijk versnelt naar het midden in een schokgolf. De schokgolf comprimeert een plasmadoelwit, een spheromak genaamd, om een ​​fusie-uitbarsting te veroorzaken. De thermische energie wordt met een warmtewisselaar gewonnen en gebruikt om stoom te creëren voor elektriciteitsopwekking. Om stroom te produceren, zou het proces elke seconde worden herhaald.

In tegenstelling tot de $ 14 miljard ITER project aan de gang in Frankrijk, is de aanpak van General Fusion niet afhankelijk van dure supergeleidende magneten - tokamaks genaamd - om het oververhitte plasma te bevatten dat nodig is om een ​​fusiereactie te bereiken en in stand te houden. Ook heeft het bedrijf geen krachtige lasers nodig, zoals die in de Nationale ontstekingsinstallatie in het Lawrence Livermore National Laboratory, om een ​​plasmadoelwit op te sluiten en tot extreme temperaturen te comprimeren totdat fusie plaatsvindt.

In plaats daarvan zegt General Fusion dat het netto winst kan behalen - dat wil zeggen, een fusiereactie creëren die meer energie afgeeft dan nodig is om het te activeren - met behulp van relatief low-tech, mechanische brute kracht en geavanceerde digitale besturingstechnologieën waar wetenschappers alleen maar van konden dromen 30 jaar geleden.

Het lijkt misschien onwaarschijnlijk, maar sommige Amerikaanse topfusie-experts zeggen dat de aanpak van General Fusion een variatie is op wat de industrie noemt gemagnetiseerde doelfusie , is wetenschappelijk verantwoord en zou echt kunnen werken. Het is een long shot, zeggen ze, maar het is het proberen waard.

Ik duim voor ze, zegt Ken Fowler , emeritus hoogleraar nucleaire engineering en plasmafysica aan de University of California, Berkeley, en een toonaangevende autoriteit op het gebied van fusiereactorontwerpen. Hij heeft de aanpak geanalyseerd en geen technische showstoppers gevonden. Misschien kunnen deze jongens het. Het is echt het lot van de loting.

De prototypereactor zal bestaan ​​uit een metalen bol met een diameter van ongeveer drie meter die een vloeibaar mengsel van lithium en lood bevat. De vloeistof wordt rondgedraaid om een ​​draaikolk in de bol te creëren die in het midden een verticale holte vormt. Op dit punt worden twee donutvormige plasmaringen die bij elkaar worden gehouden door zelfgegenereerde magnetische velden, sferomaks genaamd, vanaf de boven- en onderkant van de bol in de holte geïnjecteerd en komen samen om een ​​doelwit in het midden te creëren. Zie het als het blazen van rookringen naar elkaar, zegt Doug Richardson, chief executive van General Fusion.

Aan de buitenkant van de metalen bol bevinden zich 220 pneumatisch bediende zuigers, elk geprogrammeerd om gelijktijdig het oppervlak van de bol met 100 meter per seconde te rammen. De kracht van de zuigers stuurt een akoestische golf door het lood-lithiummengsel, en dat versnelt tot een schokgolf als het het plasma bereikt, dat is gemaakt van de waterstofisotopen deuterium en tritium.

Als alles werkt zoals gepland, zal het plasma onmiddellijk samendrukken en zullen de isotopen samensmelten tot helium, waarbij een uitbarsting van energierijke neutronen vrijkomt die worden opgevangen door de lood-lithiumvloeistof. De snelle warmteopbouw in de vloeistof wordt geëxtraheerd via een warmtewisselaar, waarbij de helft wordt gebruikt om stoom te creëren die een turbine laat draaien voor stroomopwekking, en de rest wordt gebruikt om de zuigers op te laden voor het volgende schot.

Het uiteindelijke doel is om elke seconde een nieuw plasmadoel te injecteren en de zuigers af te vuren, waardoor pulsen van fusiereacties worden gecreëerd als onderdeel van een zichzelf in stand houdend proces. Dit in tegenstelling tot ITER, dat tot doel heeft één enkele fusiereactie te creëren die zichzelf in stand kan houden. Een van de grote risico's van het project is dat niemand eerder sferomaks heeft gecomprimeerd tot fusierelevante omstandigheden, zegt Richardson. Er is geen reden waarom het niet zou werken, maar niemand heeft het ooit bewezen.

Hij zegt dat het er langer uitziet dan verwacht geld inzamelen voor het prototypeproject, maar het bedrijf kan nu beginnen met de eerste fase van de bouw van de testreactor, inclusief de ontwikkeling van 3D-simulaties en de technische verificatie van componenten. General Fusion streeft ernaar de reactor binnen vijf jaar te voltooien en een nettowinst aan te tonen, ervan uitgaande dat het nog eens $ 37 miljoen kan ophalen.

Als het lukt, denkt het vier jaar later een fusiereactor met een vermogen van 100 megawatt te kunnen bouwen voor ongeveer $ 500 miljoen, waarmee het ITER met ongeveer 20 jaar kan verslaan en tegen een fractie van de kosten.

Ik laat deze eigenzinnige ideeën die op mijn pad komen meestal voorbij, maar deze fascineerde me echt, zegt Fowler. Hij merkt op dat er enorme uitdagingen zijn die moeten worden overwonnen, maar de cultuur van een particuliere startup is misschien wat nodig is om ze met een gevoel van urgentie aan te pakken. In de grote programma's, vooral de fusieprogramma's, zijn mensen zo in elkaar geslagen dat ze zo risicomijdend zijn geworden.

De basisaanpak van General Fusion is niet helemaal nieuw. Het bouwt voort op het werk dat in de jaren tachtig is gedaan door het U.S. Naval Research Laboratory, op basis van een concept genaamd Linus. Het probleem was dat wetenschappers geen manier konden bedenken om het plasma snel genoeg te comprimeren voordat het zijn donutvormige magnetische opsluiting verloor, een kans die in milliseconden wordt gemeten. Net als rookringen behouden de plasmaringen hun vorm slechts kort voordat ze zich verspreiden.

Nucleair onderzoeksgigant General Atomics kwam later op het idee om het plasma snel te comprimeren met behulp van een mechanisch stampproces dat akoestische golven creëert. Maar het bedrijf ging nooit door - waarschijnlijk omdat de technologie om de snelheid en gelijktijdige activering van de persluchtzuigers precies te regelen twee decennia geleden eenvoudigweg niet bestond.

Richardson zegt dat digitale verwerking met hoge snelheid tegenwoordig gemakkelijk beschikbaar is, en de missie van General Fusion in de komende twee tot vier jaar is om te bewijzen dat het het werk kan doen. Alvorens een volledig functionele reactor met 220 zuigers op een metalen bol te bouwen, zal het bedrijf eerst verifiëren dat kleinere ringen van 24 zuigers kunnen worden gesynchroniseerd om een ​​buitenste metalen omhulsel te raken.

Glen Were , programmamanager fusie-energiewetenschappen bij Los Alamos National Laboratory en een expert op het gebied van gemagnetiseerde doelfusie, zegt dat General Fusion een uitdagende weg voor de boeg heeft en veel vragen definitief moet beantwoorden. Kunnen ze sferomaks maken met de juiste dichtheden, temperatuur en levensduur? Kunnen ze twee sferomaks in tegenovergestelde uiteinden van de vortexholte injecteren en ervoor zorgen dat ze botsen en samensmelten? Zullen de akoestische golven uniform door het vloeibare metaal reizen?

Je kunt er veel van doen door middel van simulaties, maar niet alles, zegt Wurden. Dit is allemaal zeer complex, state-of-the-art werk. Het probleem is dat je te maken hebt met verschillende tijdschalen en verschillende effecten op materialen wanneer ze worden blootgesteld aan schokgolven.

Los Alamos en General Fusion werken samen als onderdeel van een onlangs ondertekende onderzoeksovereenkomst . Maar Richardson is niet van plan een vlotte rit te maken. Het project heeft veel risico's, zegt hij, en we verwachten dat het meeste niet precies zal presteren zoals verwacht. Als het bedrijf echter zijn testreactor kan maken, hoopt het voldoende aandacht te trekken om de $ 500 miljoen voor een demonstratiecentrale gemakkelijk op te halen.

Volgens Fowler gebeuren er wonderen.

zich verstoppen