Ветераны термоядерной промышленности делают ставку на невероятно мощные лазеры

Ветераны термоядерной промышленности делают ставку на невероятно мощные лазеры

Внутри так называемого отсека усилителя техасского петаваттного лазера, где усиливается энергия лазерного импульса. Зеленый свет — это лазеры накачки, которые усиливают или повышают энергию основного лазера.

Фото предоставлено Тоддом Дитмайром

По мере того, как последствия изменения климата становятся все более очевидными, перспектива ядерного синтеза — практически неограниченного источника безуглеродной энергии — привлекает новую волну внимания. Эта область привлекла почти 5 миллиардов долларов финансирования, и в последнее время интерес к ней просто зашкаливает.

Одна из новейших попыток коммерциализации термоядерного синтеза исходит от стартапа Focused Energy, основанного парой профессоров физики, имеющих опыт работы с чрезвычайно мощными лазерами, Тоддом Дитмайром и Маркусом Ротом. Стартап был запущен прошлым летом и имеет сильную команду ветеранов, в том числе Права Пателя, который провел 23 года в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса.

Теперь стартап получил 15 миллионов долларов на ранней стадии финансирования от венчурной компании Prime Movers Lab, а также от Марка Лора (который продал компании электронной коммерции Diapers.com и Jet.com Amazon и Walmart соответственно), технологического инвестора Тони Флоренса. и бывший отбивающий янки Алекс Родригес.

В отличие от ядерного деления, на котором сегодня работают все коммерческие ядерные реакторы в мире, термоядерный синтез не приводит к образованию долгоживущих ядерных отходов. Но для этого требуется устойчивая реакция при чрезвычайно высоких температурах, и, несмотря на десятилетия усилий, никто еще не придумал, как превратить его в коммерчески жизнеспособный источник энергии.

В гонке за коммерциализацию синтеза участвуют две религии: синтез с магнитным удержанием, в котором используются сверхсильные магниты и круглое устройство, называемое токамак, и с инерционным удержанием энергии, в котором обычно используются лазеры. Prime Movers Lab инвестировала в Commonwealth Fusion Systems, базирующуюся в Бостоне термоядерную компанию, отделившуюся от Массачусетского технологического института, как лучший выбор для термоядерного синтеза с магнитным удержанием. По словам партнера Карли Андерсон, Focused Energy — лучший выбор для «прорывного» лазерного подхода.

Прав Патель (слева) и Тодд Дитмайр, два ведущих ученых в Focused Energy.

Фото предоставлено Focused Energy

Тем не менее, попытка сдержать тот же источник энергии, который питает солнце, потребует много исследований и усилий.

«Focused Energy извлекает выгоду из более чем 70-летних государственных исследований в области термоядерного синтеза», — сказал CNBC Мэтью Мойнихан, консультант по ядерному синтезу. «У них заслуживающая доверия команда и хороший план, но впереди у них трудные задачи».

Безумно мощные лазеры

Дитмайр проработал в Ливерморе три года, где работал над самым первым сверхмощным петаваттным лазером и познакомился с Ротом. В 2000 году Дитмайр присоединился к Техасскому университету, где построил техасский петаваттный лазер. Его силу трудно осмыслить.

«Электрическая сеть США производит около полутриллиона ватт электроэнергии. Это полтераватта», — объяснил Димитре в июньском разговоре. «Петаватт равен 1000 триллионам ватт. Таким образом, петаваттный лазер имеет мощность, в 2000 раз превышающую выходную мощность электрической сети Соединенных Штатов».

Он продолжил: «Вы берете всю мощность солнечного света, падающего на штат Техас, это около 140 тераватт. Поэтому я всегда говорю, что петаватт ярче, чем техасское солнце».

Тодд Дитмайр стоит рядом с оптическими усилителями, ключевой частью техасского петаваттного лазера.

Фото предоставлено Тоддом Дитмайром

В 2010 году Дитмайр основал в Остине компанию National Energetics для разработки и производства мощных лазеров, необходимых ему для собственных исследований. «Оказалось, что в 2010 году единственное место, где можно было получить индивидуальный мощный лазер, было во Франции», — сказал Дитмайр CNBC.

На пике своего развития в компании работало около 30 человек. В 2014 году National Energetics выиграла контракт на 40 миллионов долларов на поставку в Чешскую Республику лазерной системы мощностью 10 петаватт, которую компания находится на завершающей стадии завершения. После того, как этот проект завершится, завершится и компания. Ditmire передает всю интеллектуальную собственность от National Energetics в Focused Energy.

«Я решил, что пришло время отправиться и убить более крупного дракона», — сказал Дитмайр. «А какой дракон может быть больше, чем термоядерная энергия?»

В течение шести месяцев Дитмайр работал с Marvel Fusion, еще одним стартапом, работающим над коммерциализацией термоядерного синтеза с помощью лазеров. Рот также какое-то время работал в Marvel Fusion. Marvel Fusion использует протонный бор в качестве источника топлива, что, по словам Дитмайра, является «интересной концепцией», но его «реальный интерес» заключался в работе с лазерным синтезом и использовании топлива из изотопов водорода дейтерия и трития.

Поэтому Рот и Дитмайр решили основать собственную компанию.

Основываясь на десятилетиях правительственных исследований

В 2009 году Лоуренс Ливермор закончил строительство Национальной установки зажигания, где 192 лазерных луча направляются в центральную камеру, создавая такие температуры и давления, которые существуют в центре звезд, планет и взрывающегося ядерного оружия.

Осмотр приборов внутри камеры мишени в Национальном центре зажигания (NIF) в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Ливерморе, Калифорния, США, в пятницу, 29 мая 2009 г. NIF будет использовать 192 лазера, направленных на небольшую мишень, наполненную водородом. для изучения реакций синтеза.

Тони Авелар | Блумберг | Гетти Изображений

Патель ожидал, что команда достигнет ключевой вехи термоядерного синтеза, называемой зажиганием, в течение нескольких лет. «Я думал, что это будет быстро. И это было почти 10 лет назад. Затем мы потратили следующие 10 лет на то, чтобы зажечь огонь», — сказал Патель CNBC.

Лаборатория, наконец, загорелась 8 августа 2021 года, что означает, что она произвела 1,3 мегаджоуля энергии. Омар А. Харрикейн, главный научный сотрудник программы термоядерного синтеза с инерционным удержанием в лаборатории, сказал CNBC в то время, когда это был «момент братьев Райт» для термоядерной промышленности.

Эта проверка стала важным шагом для инвесторов в зарождающейся отрасли.

«Выстрел NIF устранил основной элемент риска для подхода Focused Energy», — сказал Андерсон CNBC. «Для того, чтобы Focused Energy достиг рентабельного синтеза, команде необходимо разработать дешевые лазеры и дешевое термоядерное топливо. Это инженерные задачи. Значительный научный риск (решение задач физики плазмы, необходимых для машины, которая будет производить горящую плазму с нуля) был на пенсии».

После этого важного достижения Патель был готов принять предложение Рота и Дитмайра присоединиться к ним — предложение, которое он ранее отклонил. Focused Energy будет использовать как лазеры, которые строил Дитмайр, так и те, с которыми Патель десятилетиями работал в Лоуренсе Ливерморе.

«У нас есть обычные лазеры с длинными импульсами, такие как в NIF, для сжатия этого топлива. А еще у нас есть эти петаваттные лазеры, о которых говорил Тодд, для создания этого интенсивного пучка протонов», — сказал Патель. Затем цель состоит в том, чтобы воспламенить топливо от искры. По словам Патель, в идеале это топливо продолжает гореть само по себе — так называемое «распространяющееся горение» — для расплавления остального топлива.

«Это схема, которая потенциально с лазерами в два или три раза меньше, чем NIF, вы потенциально можете получить в 30 раз больше энергии».

Внутри вакуумной камеры компрессора центральный компонент

Фото предоставлено Тоддом Дитмайром

По словам Дитмайра, одно из преимуществ использования синтеза с лазерным зажиганием в отличие от синтеза с магнитным удержанием заключается в том, что в нем используются только крошечные гранулы трития, слаборадиоактивного изотопа.

Будет ли это сделано вовремя для борьбы с изменением климата?

Компания находится на очень ранней стадии развития, и впереди ее ждут серьезные задачи.

«Они должны иметь возможность дешево и надежно изготавливать небольшие гранулы термоядерного топлива и помещать их в камеру для сжатия. После синтеза они должны преобразовать полученную энергию синтеза в безопасное, экономичное и надежное электричество», — сказал Мойнихан CNBC. «Все это должно быть сделано в рамках правовых рамок термоядерного синтеза, написанных NRC (Комиссия по ядерному регулированию), и эти правила все еще развиваются».

Focused Energy стремится к 2030 году доказать свой процесс термоядерного синтеза с установкой для зажигания. Это будет стоить 3 миллиарда долларов. Собранные на данный момент 15 миллионов долларов будут потрачены на лазерную систему в Техасском университете в Остине и на строительство экспериментальных объектов в Дармштадте, Германия.

Новый исследовательский и испытательный центр Focused Energy строится в Дармштадте, Германия.

Фото предоставлено Focused Energy

По словам Дитмира, демонстрационные электростанции в 2030-х годах «немыслимы». «И это еще не поздно. Возможно, это как раз вовремя. У нас, вероятно, нет времени на безделье, но это как раз вовремя».

Строительство коммерческой термоядерной установки обойдется Focused Energy примерно в 5 миллиардов долларов. Но деньги текут в сплав прямо сейчас. Дитмайру потребовалось четыре года, чтобы мотаться туда-сюда в Вашингтоне, округ Колумбия, лоббируя Хилл, чтобы получить 15 миллионов долларов на создание техасского петаваттного лазера. «Мне потребовалось четыре года работы. Вы знаете, мы вышли и собрали 15 миллионов долларов с помощью 4 звонков Zoom», — сказал Дитмайр для Focused Energy. «Интерес инвесторов был просто ошеломляющим».

Индустрия синтеза зависит от постоянного интереса инвесторов к «Святому Граалю» энергии.

«Мы стоим на плечах гигантов, — сказал Дитмайр. «Но времена меняются, а это означает, что скорость научного прогресса должна возрасти, и это произойдет в частном секторе».

Для Дитмайра это тоже личное. «Это мой смысл в моей карьере, чтобы это произошло до конца моей карьеры», — сказал он CNBC. «Вот оно, детка. Это дракон в Мордоре».

Ваш адрес email не будет опубликован.