Без технологии компании Marathon будущие термоядерные электростанции, возможно, никогда не заработают
Сторонники ядерного синтеза давно обещают создать практически безграничную энергию на Земле, используя ту же реакцию, которая питает Солнце, сообщает TechCrunch. Сегодня самое большое препятствие для термоядерного синтеза заключается в том, чтобы любая термоядерная электростанция производила больше энергии, чем ей необходимо для работы. Вторая проблема — обеспечить ее достаточным количеством топлива.
Многие термоядерные реакторы рассчитаны на работу на смеси двух изотопов водорода — дейтерия и трития. Атомы обычного водорода не имеют нейтронов; атомы дейтерия имеют один нейтрон, а трития — два. Дейтерия, который можно найти в морской воде, много, а трития, который настолько редок, что его, по сути, приходится производить, — мало.
«Сейчас в мире существует всего 20 кг трития, — рассказал Кайл Шиллер, генеральный директор Marathon Fusion. — Для запуска одной электростанции коммерческого масштаба потребуется несколько килограммов, то есть трития в мире хватит максимум на дюжину». Стартап Шиллера, который работает скрытно, считает, что у него есть решение этой проблемы.
Сегодня мировые запасы трития являются побочным продуктом небольшого числа атомных электростанций, работающих на делении — том виде ядерной энергии, который используется для получения энергии с середины XX века. Если предположить, что ученые смогут использовать ядерный синтез для создания жизнеспособной энергии на Земле, первые термоядерные установки будут использовать эти запасы.
Будущие реакторы будут зависеть от первого урожая термоядерных электростанций, спроектированных так, чтобы генерировать дополнительное топливо. «Развертывание термоядерных устройств — это процесс удвоения, — говорит Адам Рутковски, технический директор Marathon. — Выращивая достаточно трития для поддержания стабильного потребления устройством, вам также необходимо вырабатывать избыток трития для запуска следующего реактора».
Это будет происходить, когда нейтроны, высвобождающиеся во время термоядерного синтеза, будут ударяться о литиевое покрывало. В результате удара высвобождаются гелий и тритий, которые затем выводятся из активной зоны реактора, где их можно отфильтровать. Часть трития будет впрыскиваться обратно в реактор, а другая часть — использоваться в качестве топлива для других реакторов.
Существует оборудование для решения этой задачи, но оно пригодно только для экспериментальных работ. Оно эффективно и действенно, но экспериментальные реакторы работают недолго и пропускная способность не позволяет достичь уровня, необходимого для коммерческой электростанции. По словам Шиллера, чтобы достичь этой цели, системы фильтрации должны быть улучшены на несколько порядков. Именно на это и надеется компания Marathon. Она работает над усовершенствованием 40-летней технологии, известной как сверхпроницаемость, которая использует твердый металл для фильтрации примесей из водорода.
Работает это примерно так: Водород и другие вещества, которые необходимо отфильтровать, сначала превращаются в плазму, хотя и не такую горячую, как внутри реактора. Под давлением выхлопных газов реактора она прижимается к металлической мембране, которая пропускает водород (включая тритий), блокируя все остальное. Мембрана также сжимает водород с другой стороны, что является приятным побочным эффектом. «Вся идея заключается в том, чтобы добиться максимальной пропускной способности как можно быстрее», —- говорит Рутковски.
Рутковски и Шиллер работают над этой проблемой уже несколько лет, получив вначале поддержку от программы ARPA-E Министерства энергетики и программы Breakthrough Energy Fellows. Недавно Marathon привлек посевной раунд в размере $5,9 млн, сообщили в компании. Раунд возглавили фонд 1517 Fund и Anglo American при участии Übermorgen Ventures, Shared Future Fund и Malcolm Handley. Marathon заявила, что у нее есть письма о намерениях от Commonwealth Fusion Systems и Helion Energy, двух термоядерных стартапов, которые привлекли $2 млрд и $607 млн соответственно.
Учитывая, что до коммерческой термоядерной энергетики еще много лет — если она вообще возможна, — ставка Marathon может показаться несколько преждевременной. В конце концов, только один термоядерный эксперимент вышел на безубыточность в научном смысле, что позволяет снизить накладные расходы на установку, чего не может сделать коммерческая электростанция.
Шиллер не согласен с тем, что его компания слишком сильно опережает события. По его мнению, за последние десять лет они постоянно удивлялись тому, как быстро идет прогресс в термоядерном синтезе. Он думает, что если компания однажды выйдет на безубыточность, они пожалеют, что не начали еще раньше.
Ранее корейский термоядерный реактор установил новый рекорд по выработке плазмы. Модернизация корейского термоядерного реактора «искусственное Солнце»: новые компоненты способны лучше выдерживать высокие температуры и поддерживать вращающийся шар плазмы температурой 100 млн °C в течение почти 50 секунд.
