Zap Energy показала новый прототип термоядерной электростанции Century

Для поклонников термоядерной энергетики достижение «безубыточности» — это что-то вроде Святого Грааля: точка, в которой термоядерная реакция производит больше энергии, чем потребовалось для ее зажигания. Только один научный эксперимент, проведенный в Национальном центре воспламенения, достиг этой цели, и для достижения монументального результата потребовалось более десяти лет настройки системы, сообщает TechCrunch.

«День, когда был получен результат NIF, очевидно, стал невероятно знаменитым. Все они заслуживают Нобелевских премий, — сказал Бендж Конвей, соучредитель и генеральный директор Zap Energy. — Но на следующий день после этого возник вопрос, что дальше».

Хотя NIF удалось улучшить свой первый результат, его устройство является чем-то вроде тупика. Оно предназначалось для исследования пределов физики, а не для продажи энергии в сеть. Для такого стартапа, как Zap, «что дальше» должно иметь лучший ответ.

Пока что ответом Zap является Century, новое устройство, для которого компания недавно привлекла $130 млн. После того как Century держали в секрете в течение нескольких месяцев, стартап поделился эксклюзивными подробностями о его работе и о том, что он надеется узнать с его помощью.

Zap использует уникальный подход к термоядерной энергетике, известный как стабилизированный Z-пинч со сдвиговым потоком. Вместо того чтобы использовать магниты или лазеры для сжатия плазмы, он посылает электрический ток через плазменный поток. Этот ток генерирует магнитное поле, которое сжимает плазму — пинч, — и в итоге получается термоядерный синтез. Компания изучала это явление с помощью ряда устройств на своих объектах в штате Вашингтон.

«Мы занимаемся не только физикой, но и системной инженерией. Мы не просто компания, занимающаяся физикой плазмы. Мы разрабатываем все ключевые технологии, которые понадобятся нам для коммерческого термоядерного синтеза. Мы считаем, что делать все это параллельно — все вместе в один момент — это самый быстрый способ получить коммерческий продукт. Century — это воплощение этой идеи», — сказал Конвей.

Демонстрационное устройство возвышается на полтора этажа, а находящаяся в нем реакционная камера, покрытая жидким висмутом, размером с бытовой водонагреватель. В общей сложности ключевые компоненты занимают столько же места, сколько двухэтажный автобус, и Zap считает, что модуль коммерческого масштаба, который должен производить 50 мегаватт электроэнергии, займет такую же площадь.

Чтобы продолжить путь к коммерческой электростанции, Zap необходимо пройти три этапа. Во-первых, он должен быть способен генерировать высоковольтные импульсы часто и непрерывно. Через несколько недель после включения этим летом Century выпустила 1 080 импульсов подряд.

Следующим шагом станет демонстрация технологии для Министерства энергетики. Устройство будет работать более двух часов с 10-секундными интервалами, чтобы сгенерировать не менее 1 тыс. плазменных импульсов. В конечном итоге, чтобы работать в качестве коммерческой электростанции, реактор Zap должен будет генерировать 10 импульсов в секунду в течение нескольких месяцев подряд.

После того как Century завершит демонстрацию для Министерства энергетики, команда добавит в реакционную камеру больше жидкого висмута. Расплавленный металл защищает другие части устройства, поглощая тепло, которое в коммерческом варианте может быть использовано для выработки электроэнергии. Century сможет вмещать более 1 метрической тонны жидкого металла, хотя сейчас она начинает с 70 кг.

Наконец, компания должна убедиться, что ее электроды — детали, генерирующие электрические импульсы, — смогут выдержать тепло и частицы, высвобождаемые при каждой термоядерной реакции.

Эти детали не будут служить вечно: все коммерческие электростанции в определенный момент должны пройти техническое обслуживание. Вопрос в том, как часто и как долго. Компании Zap необходимо убедиться, что ее самые уязвимые части смогут прослужить достаточно долго, чтобы это было выгодно производителям электроэнергии.

К следующему году компания увеличит количество электроэнергии, подаваемой в реакционную камеру, до 100 киловатт. Конвей ожидает, что на этом пути компания будет постепенно модернизировать Century.

«Несмотря на то что Century — это одна платформа, одно название, внутри нее есть несколько поколений, — сказал он. — Мы делаем итерации внутри итераций».

Если Century будет работать так, как запланировано, Конвей надеется, что им удастся создать демонстрационный образец уже в этом десятилетии. По его словам, если все пойдет хорошо, то коммерческие электростанции должны появиться в начале 2030-х годов.

«Термоядерный синтез должен конкурировать с другими способами получения электричества и тепла. Если термоядерные электростанции будут стоить намного дороже, чем другие способы получения электроэнергии, их будет не так много, — сказал Конвей. — Экономика этих вещей будет иметь большое значение».

Ранее сообщалось, что сторонники ядерного синтеза давно обещают создать практически безграничную энергию на Земле, используя ту же реакцию, которая питает Солнце. 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.