Παρουσιάστηκαν σχέδια για ιδιωτικό αντιδραστήρα σύντηξης στο Ηνωμένο Βασίλειο που τροφοδοτείται από «δακτυλίους καπνού και πνευματικά έμβολα

Μια καναδική εταιρεία, μια από τις πολλές που στοιχηματίζουν σε εναλλακτικές προσεγγίσεις για την ενέργεια σύντηξης, ανακοίνωσε σήμερα ότι θα αρχίσει να κατασκευάζει μια πιλοτική μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας το επόμενο έτος στο Ηνωμένο Βασίλειο. Το εργοστάσιο, που υποστηρίζεται οικονομικά από την κυβέρνηση του Ηνωμένου Βασιλείου και το 70% του μεγέθους που απαιτείται για μια εμπορική μονάδα ηλεκτροπαραγωγής, δεν θα παράγει ενέργεια, αλλά μάλλον θα αποδείξει τη βιωσιμότητα της προσέγγισης σύντηξης της εταιρείας μετά την ανάπτυξή της το 2025, λέει ο Christofer Mowry, Διευθύνων Σύμβουλος της General Fusion με έδρα το Βανκούβερ. «Αυτή είναι η πρώτη σημαντική συνεργασία δημόσιου-ιδιωτικού τομέα στη σύντηξη», λέει ο Mowry.

Το πιλοτικό εργοστάσιο θα κοστίσει αρκετές εκατοντάδες εκατομμύρια δολάρια και θα κατασκευαστεί στην πανεπιστημιούπολη της Αρχής Ατομικής Ενέργειας του Ηνωμένου Βασιλείου έξω από την Οξφόρδη, όπου βρίσκεται επίσης το Culham Centre for Fusion Energy, το οποίο λειτουργεί τον Joint European Torus — τον μεγαλύτερο αντιδραστήρα σύντηξης που λειτουργεί στον κόσμο — και τις Ηνωμένες Πολιτείες Αντιδραστήρας αναβάθμισης Mega Amp Spherical Tokamak Kingdom's.

Οι υποστηρικτές του Fusion επευφημούσαν την ανακοίνωση της 19χρονης εταιρείας, η οποία έχει συγκεντρώσει 300 εκατομμύρια δολάρια από έναν συνδυασμό δημόσιων και ιδιωτικών πηγών. «Η General Fusion είναι βασικός παράγοντας στην αναπτυσσόμενη βιομηχανία σύντηξης», λέει η Melanie Windridge, διευθύντρια του Ηνωμένου Βασιλείου της Ένωσης Βιομηχανίας Σύντηξης. «Έχουν συγκεντρώσει σημαντικές επενδύσεις για την ιδέα της σύντηξης μαγνητισμένου στόχου τους και ανυπομονούμε να δούμε το εργοστάσιο επίδειξης σύντηξης να ζωντανεύει».

Για δεκαετίες, η σύντηξη, η πηγή ενέργειας των αστεριών, έχει δελεάσει ερευνητές και επενδυτές με την υπόσχεση για ενέργεια χωρίς άνθρακα που παράγεται με άφθονα καύσιμα. Το πρόβλημα είναι ότι απαιτούνται τεράστιες θερμοκρασίες και πιέσεις για να ομογενοποιηθούν οι πυρήνες υδρογόνου για να ξεπεραστεί η αμοιβαία απώθησή τους και να συντηχθούν σε ήλιο σε μια αντίδραση που απελευθερώνει ενέργεια. Κανένας αντιδραστήρας σύντηξης δεν έχει ακόμη λειτουργήσει αρκετά ή αρκετά αποτελεσματικά ώστε να παράγει περισσότερη ενέργεια από αυτή που καταναλώνει για να συντηρήσει την αντίδραση.

Το ITER, το γιγάντιο έργο του διεθνούς αντιδραστήρα στη Γαλλία, υποτίθεται ότι θα φτάσει πρώτα σε αυτό το ενεργειακό «κέρδος». Η συσκευή βασίζεται σε τεράστιους υπεραγώγιμους μαγνήτες για να συγκρατούν το ιονισμένο αέριο, ή το πλάσμα, σε ένα δοχείο σε σχήμα ντόνατ ενώ θερμαίνεται με μικροκύματα και δέσμες σωματιδίων. Αλλά το έργο άνω των 20 δισεκατομμυρίων δολαρίων έχει κινηθεί με ρυθμό παγετώνων:Έχει προγραμματιστεί να ενεργοποιηθεί το 2025, αλλά μια επίδειξη ενεργειακού κέρδους δεν αναμένεται παρά μετά το 2035. Αυτό άνοιξε χώρο σε ευκίνητες νεοσύστατες επιχειρήσεις να προσπαθήσουν να φτάσουν εκεί πιο γρήγορα με άλλες τεχνικές.

Το General Fusion χρησιμοποιεί μια προσέγγιση που ονομάζεται σύντηξη μαγνητισμένου στόχου. Ένας εγχυτήρας παράγει ένα βρόχο πλάσματος, όπως ένα δαχτυλίδι καπνού τσιγάρου, το οποίο, μέσω της στροβιλιζόμενης κίνησής του, δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο που συγκρατεί το σύννεφο των σωματιδίων. Κατά τη σύντομη διάρκεια ζωής του δακτυλίου πλάσματος, συμπιέζεται σε θερμοκρασίες και πιέσεις όπου η σύντηξη θα πρέπει να αναφλεγεί.

Η εταιρεία βελτιστοποιεί τον εγχυτήρα πλάσματος της εδώ και χρόνια και λέει ότι μπορεί τώρα να φτύσει δακτυλίους που διαρκούν αρκετές δεκάδες χιλιοστά του δευτερολέπτου - ένας αιώνας για τέτοια σύννεφα σωματιδίων και περισσότερο από αρκετό καιρό για να συμβεί σύντηξη. «Μπορούμε να φτιάξουμε το καλύτερο αυτόνομο πλάσμα στον κόσμο», υπερηφανεύεται ο Mowry. Η αντίπαλη εταιρεία TAE Technologies βασίζεται επίσης σε δακτυλίους πλάσματος και μπορεί να τους διατηρήσει για παρόμοιο χρονικό διάστημα. Αλλά αντί να συμπιέζει τους δακτυλίους του, το ΤΑΕ τους διατηρεί και τους θερμαίνει με δέσμες σωματιδίων.

Με το πιλοτικό εργοστάσιο, η General Fusion θέλει να επιδείξει τα πλεονεκτήματα της προσέγγισής της που βασίζεται στη συμπίεση. Ο δακτύλιος πλάσματος εκτοξεύεται σε έναν θάλαμο επενδεδυμένο με ένα στρώμα περιστρεφόμενου υγρού λιθίου, που χρησιμοποιείται για την απορρόφηση σωματιδίων υψηλής ενέργειας που εκτοξεύονται από τη σύντηξη που διαφορετικά θα μπορούσαν να βλάψουν τον αντιδραστήρα. Όταν το πλάσμα φθάνει στο κέντρο του θαλάμου, εκατοντάδες πνευματικά έμβολα χτυπούν το εξωτερικό του τοιχώματος του αντιδραστήρα σε προσεκτικά χρονισμένους παλμούς που σπρώχνουν το λίθιο προς τα μέσα και συμπιέζουν σφαιρικά το πλάσμα στο σημείο ανάφλεξης. Ένας εμπορικός αντιδραστήρας θα έπρεπε να συμπιέζει φρέσκους δακτυλίους πλάσματος με παλμούς κάθε λίγα δευτερόλεπτα για να παράγει οικονομικές ποσότητες ισχύος.

Ο στόχος του πιλοτικού εργοστασίου, λέει ο Mowry, είναι να φτάσει σε θερμοκρασία σχετική με τη σύντηξη άνω των 100 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου και να δείξει ότι η όλη διαδικασία θα μπορούσε να είναι οικονομική. Θα χρησιμοποιήσει ένα σχετικά μη αντιδραστικό καύσιμο καθαρού δευτερίου, ένα ισότοπο υδρογόνου με ένα νετρόνιο, αντί για το μίγμα δευτερίου-τριτίου (D-T) που θα χρησιμοποιούσε ένας εμπορικός αντιδραστήρας ισχύος πλήρους μεγέθους. Αυτό επιτρέπει στο πιλοτικό έργο να αποφύγει την ανάγκη να προμηθεύεται σπάνιο, ραδιενεργό τρίτιο και να αντιμετωπίσει την υπερβολική θερμότητα και την παραγόμενη ραδιενέργεια. Ένας αντιδραστήρας που λειτουργεί θα παράγει το δικό του τρίτιο χρησιμοποιώντας την ακτινοβολία που παράγεται από την αντίδραση σύντηξης για να διασπάσει μέρος της επένδυσης λιθίου.

Εάν το πιλοτικό εργοστάσιο μπορεί να συμπιέζει το πλάσμα στους 100 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου για αρκετό καιρό και με επαρκή πυκνότητα, τότε η σύντηξη D-T θα λειτουργούσε επειδή η θεωρία έχει ήδη αποδειχθεί από δημόσιες προσπάθειες σύντηξης, λέει ο Mowry. «Είμαστε μέσα στο φάκελο της βάσης γνώσεων», λέει. Με το πιλοτικό εργοστάσιο, η εταιρεία εστιάζει περισσότερο στην πρακτικότητα και την οικονομία. Η τρέχουσα γνώση "μετατοπίζει τις προκλήσεις στη μηχανική."