Viie aasta jooksul suudame ammutada "piiramatutest päikestest" peaaegu piiramatu energia, väidavad mõned startupid. Me räägime termotuumareaktoritest, mis võivad pakkuda palju odavat ja puhast energiat.
Silmas pidades globaalset soojenemist, mis on põhjustatud meie sõltuvusest süsivesinikkütustest, vajab maailm jätkusuutlikke alternatiivse energia allikaid. Kui me neid ei leia, võib tulevik olla miljonitele inimestele väga sünge: vee ja toidu puudus, põhjustades nälga ja sõda.
Termotuumasünteesi on pikka aega peetud nende probleemide võimalikuks vastuseks. Kuid ta oli alati midagi "meist 30 aasta kaugusel", nagu tööstus naljatas.
Mitu idufirmat väidavad nüüd, et nad saavad selle projekti majanduslikuks reaalsuseks muuta palju varem.
Mis on termotuumareaktsioon?
Termotuumareaktsioon on aatomituumade sulandumine, mille tulemusel vabaneb energia, mis võib aidata lahendada energiakriisi.
See on sama protsess, mis toimub Päikese sees, see on puhas ja suhteliselt ohutu. Heiteid pole.
Reklaamvideo:
Kuid deuteeriumi ja triitiumi (vesiniku kaks isotoopi) tuumade põrkumine tohutu rõhu all nõuab tohutult energiat - rohkem kui me veel suudame reaktsioonist eraldada.
Siiani usuti, et "energia juurdekasvu" hetkeni on võimatu jõuda, kui me saame sünteesist rohkem energiat, kui peame sellele kulutama.
Kuid see pole enam nii, kinnitavad termotuumasünteesi alustajad.
"See on SpaceXi termotuumasünteesi hetk," ütleb Kanada ettevõtte General Fusion direktor Christopher Mowry, kes soovib termotuumasünteesi järgmise viie aasta jooksul majanduslikult tasuvamaks muuta.
"See on hetk, kus teaduse küpsus vastab 21. sajandi tehnoloogiale," jätkab ta. - termotuumasüntees pole enam „30 aasta kaugusel”.
Teadus on oma töö juba teinud, ütles Wade Ellison, Oxfordi Cable'i kolledži füüsika emeriitprofessor. Pigem on takistused praktikas.
"Me ei saa ajakohasuses kindlad olla, kuid põhilised teaduslikud küsimused on lahendatud ja probleemid on tehnilised, need on seotud materjalidega," ütleb professor.
Milles on probleem?
Põhiprobleem on see, kuidas ehitada reaktorile piisavalt tugev kest, et see sisaldaks plasmat - väga kuuma tuuma "suppi", milles sulandumine toimub tohutu rõhu all.
Soojusenergia eemaldamise süsteemid peavad vastu pidama temperatuuridele ja ummikutele, mis on sarnased orbiidile naasva kosmoselaeva kogetutele, ütles Suurbritannia aatomienergiaameti (UKAEA) tegevjuht professor Ian Chapman.
Samuti on vaja automaatseid hooldussüsteeme ning kütuse tootmise, taaskasutamise ja ladustamise süsteeme.
"UKAEA uurib kõiki neid küsimusi ja ehitab Oxfordi lähedal asuvasse Culhami teaduskeskusesse uusi uurimisrajatisi, et töötada koos tööstusasutustega välja lahendusi," ütleb professor Chapman.
Mis muutus?
Mõni eraettevõtja usub, et saab uute materjalide ja tehnoloogiate abil nende probleemidega kiiremini hakkama.
Oxfordshire'il põhinev Tokamaki energia töötab sfääriliste tokomakkide (reaktorite) kallal, mis kasutavad kõrge temperatuuriga ülijuhte (HTSC) plasma hoidmiseks väga tugevas magnetväljas.
"Kõrge temperatuur" on selles füüsika piirkonnas miinus 70 kraadi ja alla selle.
Sfääriline tokamak on palju tõhusam geomeetriline kuju ja me saame märkimisväärselt parandada kompaktsust ja tootlikkust. Ja kuna see on ka väiksem, on see liikuvam ja monteerimiskulud on madalamad,”ütleb Tokamak Energy tegevjuht Jonathan Carling.
Ettevõte on ehitanud kolm tokamakat. Uusim on ST40, mis on valmistatud 30mm roostevabast terasest, kasutades HTSC-magneteid. Juunis jõudis ta plasma temperatuurini enam kui 15 miljoni kraadini, mis on kõrgem kui päikese keskpunkti temperatuur.
Analüüs: "Hiina tehispäike"
Teaduse ja tehnoloogia korrespondent Nikolai Voronin:
“Hiina teadlased soojendasid eelmisel nädalal Hefeis asuvas spetsiaalses EAST-seadmes plasma veelgi kõrgemale temperatuurile.
Seda eksperimenti nimetati "Hiina tehispäikeseks" ja selle peamine eesmärk on luua tingimused kontrollitud termotuumasünteesiks, nii et temperatuurirekord oleks teatud mõttes kõrvaltoime.
Plasma elektronide temperatuur, mille piiras tokamaki magnetiline lõks, jõudis uuele maksimumile, ületades mõnda aega 100 miljonit kraadi.
Võrdluseks: maksimaalne temperatuur meie tähe keskel on umbes 15 miljonit kraadi."
Briti firma loodab järgmise aasta suveks saavutada Hiina tulemuse 100 miljoni kraadi juures.
"Eeldatavasti jõuame energia juurdekasvu punkti 2022. aastaks ja alustame energia tarnimist võrku 2030. aastaks," ütleb Carling.
Samal ajal töötab USA-s Massachusettsi tehnoloogiainstituut (MIT) koos äsja loodud Commonwealth Fusion Systems (CFS), et luua toroidikujuline tokamak nimega Sparc. See sisaldab ka magnetilisi plasmapüüniseid.
Projekti rahastavad osaliselt Breakthrough Energy Ventures, mida juhivad Bill Gates, Jeff Bezos, Michael Bloomberg ja teised miljardärid. Arendusmeeskond loodab muuta termotuumasünteesireaktorid piisavalt kompaktseks, et neid saaks tehastesse paigaldada ja tootmiskohta transportida.
Need eraalgatused seavad väljakutse ITERi (rahvusvaheline termotuumaeksperimentaalne reaktor) projektile, mis on selle valdkonna juhtprojekt, mis hõlmab 35 riiki.
ITER, mis tähendab ladina keeles ka rada, ehitab maailma suurima eksperimentaalse termotuumasünteesi rajatise. Ehitustööde lõpuleviimist ei oodata aga enne 2025. aastat ning pärast seda on projekti veel enne turuleviimist veel pikk tee minna.
"ITERis osalejatel on erinevad arvamused selle kohta, kui kiiresti on vaja puhta energia tuleviku osas lülituda termotuumasünteesile," rääkis projekti pressiesindaja BBC-le. "Keegi ootab termotuumareaktoritest elektrit kuni 2050. aastani, keegi - alles sajandi teisel poolel."
Kuid valdkonna uustulnukad usuvad, et saavad paremini hakkama.
„HTSC magnetiliste tehnoloogiate korral võiks termotuumasünteesireaktor olla palju-palju väiksem - Sparc võiks olla mahust ja massist 64 korda väiksem kui ITER,“ütleb MITi plasma- ja termotuumasünteesi uurimiskeskuse asedirektor Martin Greenwald.
Väiksem suurus tähendab väiksemaid kulusid, mis sillutab teed väiksematele ja paindlikele organisatsioonidele, lisab Greenwald.
Kuid näivad, et kõik osalejad nõustuvad sellega, et ITERis, Coolhamis ja erasektoris töötavad üksteist täiendavalt.
„Lõpuks on meil ühine unistus - termotuumasünteesil toodetud elekter on puhta energia tuleviku lahutamatu osa,“lisas ITERi pressiesindaja.
