และการควบรวมกิจการ?

รายงานเมื่อปลายปีที่แล้วเกี่ยวกับการสร้างเครื่องปฏิกรณ์สำหรับการสังเคราะห์โดยผู้เชี่ยวชาญชาวจีนฟังดูน่าตื่นเต้น (1) สื่อทางการของจีนรายงานว่าโรงงาน HL-2M ซึ่งตั้งอยู่ที่ศูนย์วิจัยในเฉิงตู จะเปิดให้บริการในปี 2020 น้ำเสียงของรายงานของสื่อระบุว่าปัญหาการเข้าถึงพลังงานที่ไม่สิ้นสุดของเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันได้รับการแก้ไขตลอดไป

การดูรายละเอียดอย่างใกล้ชิดจะช่วยให้การมองโลกในแง่ดีเย็นลง

Nowy เครื่องประเภท tokamakด้วยการออกแบบที่ล้ำหน้ากว่าที่เคยรู้จักมาก่อน ควรสร้างพลาสมาที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 200 ล้านองศาเซลเซียส สิ่งนี้ได้รับการประกาศในการแถลงข่าวโดยหัวหน้าสถาบันฟิสิกส์ตะวันตกเฉียงใต้ของ บริษัท นิวเคลียร์แห่งชาติจีน Duan Xiuru อุปกรณ์จะให้การสนับสนุนด้านเทคนิคแก่ชาวจีนที่ทำงานในโครงการนี้ เครื่องปฏิกรณ์ทดลองเทอร์โมนิวเคลียร์นานาชาติ (ITER)เช่นเดียวกับการก่อสร้าง

ดังนั้นฉันคิดว่ามันยังไม่ใช่การปฏิวัติพลังงาน แม้ว่าจะถูกสร้างขึ้นโดยชาวจีนก็ตาม เครื่องปฏิกรณ์ KhL-2M จนถึงขณะนี้ยังไม่ค่อยมีใครรู้จัก เราไม่ทราบว่าเอาต์พุตความร้อนที่คาดการณ์ไว้ของเครื่องปฏิกรณ์นี้คืออะไร หรือต้องใช้พลังงานในระดับใดเพื่อเรียกใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันในเครื่อง เราไม่รู้ว่าสิ่งที่สำคัญที่สุด - เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันของจีนเป็นการออกแบบที่มีสมดุลพลังงานบวกหรือไม่ หรือเป็นเพียงเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันทดลองอีกเครื่องหนึ่งที่ช่วยให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชันได้ แต่ในขณะเดียวกันก็ต้องการพลังงานมากกว่าสำหรับ "การจุดระเบิด" มากกว่า พลังงานที่ได้จากปฏิกิริยา

ความพยายามระหว่างประเทศ

จีน ร่วมกับสหภาพยุโรป สหรัฐอเมริกา อินเดีย ญี่ปุ่น เกาหลีใต้ และรัสเซีย เป็นสมาชิกของโครงการ ITER นี่เป็นโครงการวิจัยระหว่างประเทศที่แพงที่สุดในปัจจุบันซึ่งได้รับทุนสนับสนุนจากประเทศที่กล่าวถึงข้างต้น โดยมีมูลค่าประมาณ 20 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ เปิดขึ้นอันเป็นผลมาจากความร่วมมือระหว่างรัฐบาลของมิคาอิล กอร์บาชอฟและโรนัลด์ เรแกนในช่วงสงครามเย็น และหลายปีต่อมาก็รวมอยู่ในสนธิสัญญาที่ลงนามโดยประเทศเหล่านี้ทั้งหมดในปี 2006

2. ณ สถานที่ก่อสร้าง ITER tokamak

โครงการ ITER ใน Cadarache ทางตอนใต้ของฝรั่งเศส (2) กำลังพัฒนา tokamak ที่ใหญ่ที่สุดในโลก นั่นคือห้องพลาสมาที่ต้องทำให้เชื่องโดยใช้สนามแม่เหล็กอันทรงพลังที่เกิดจากแม่เหล็กไฟฟ้า สิ่งประดิษฐ์นี้ได้รับการพัฒนาโดยสหภาพโซเวียตในทศวรรษที่ 50 และ 60 ผู้จัดการโครงการ, ลาวาน โคเบลนซ์ประกาศว่าองค์กรควรได้รับ "พลาสมาตัวแรก" ภายในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2025 ITER ควรสนับสนุนปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ประมาณ 1 พันคนในแต่ละครั้ง วินาที เพิ่มความแข็งแกร่ง 500-1100 MW. สำหรับการเปรียบเทียบ tokamak อังกฤษที่ใหญ่ที่สุดจนถึงปัจจุบัน JET (พรูยุโรปร่วม) รักษาปฏิกิริยาเป็นเวลาหลายสิบวินาทีและเพิ่มความแข็งแกร่งถึง 16 MW. พลังงานในเครื่องปฏิกรณ์นี้จะถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อน ซึ่งไม่ควรถูกแปลงเป็นไฟฟ้า การส่งพลังงานฟิวชันไปยังกริดนั้นเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากโครงการนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการวิจัยเท่านั้น มันอยู่บนพื้นฐานของ ITER เท่านั้นที่จะสร้างเครื่องปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์รุ่นอนาคตไปถึงพลังงาน 3-4 พัน. MW.

สาเหตุหลักที่โรงไฟฟ้าฟิวชันแบบปกติยังไม่มีอยู่จริง (แม้ว่าจะมีการวิจัยอย่างกว้างขวางและมีค่าใช้จ่ายสูงเป็นเวลากว่า XNUMX ปี) ก็คือความยากลำบากในการควบคุมและ "จัดการ" พฤติกรรมของพลาสม่า อย่างไรก็ตาม การทดลองหลายปีได้ให้ผลลัพธ์การค้นพบอันล้ำค่ามากมาย และในปัจจุบันพลังงานฟิวชันดูใกล้กว่าที่เคย

ใส่ฮีเลียม-3 คนให้เข้ากัน

ITER เป็นจุดสนใจหลักของการวิจัยฟิวชันระดับโลก แต่ศูนย์วิจัย บริษัท และห้องปฏิบัติการทางทหารหลายแห่งกำลังทำงานในโครงการฟิวชันอื่น ๆ ที่เบี่ยงเบนไปจากแนวทางแบบคลาสสิก

ตัวอย่างเช่น ดำเนินการในปีที่ผ่านมาใน จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ ทดลองกับ เฮเลม-3 บน tokamak ให้ผลลัพธ์ที่น่าตื่นเต้นรวมถึง พลังงานเพิ่มขึ้นสิบเท่า พลาสม่าไอออน นักวิทยาศาสตร์ที่ทำการทดลองกับ C-Mod tokamak ที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ร่วมกับผู้เชี่ยวชาญจากเบลเยียมและสหราชอาณาจักร ได้พัฒนาเชื้อเพลิงเทอร์โมนิวเคลียร์ชนิดใหม่ที่มีไอออนสามประเภท ทีม Alcator C-Mod (3) ดำเนินการศึกษาเมื่อเดือนกันยายน 2016 แต่ข้อมูลจากการทดลองเหล่านี้เพิ่งได้รับการวิเคราะห์ ซึ่งเผยให้เห็นว่าพลังงานในพลาสมาเพิ่มขึ้นอย่างมาก ผลลัพธ์ที่ได้เป็นที่น่ายินดีอย่างยิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานห้องปฏิบัติการฟิวชั่นปฏิบัติการที่ใหญ่ที่สุดในโลก คือ JET ในสหราชอาณาจักร ตัดสินใจทำการทดลองซ้ำ พลังงานเพิ่มขึ้นเช่นเดียวกัน ผลการศึกษาได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature Physics

3. Tokamak Alcator C-Mod ใช้งานอยู่

กุญแจสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์คือการเติมปริมาณฮีเลียม-3 ซึ่งเป็นไอโซโทปที่เสถียรของฮีเลียมด้วยนิวตรอนหนึ่งตัวแทนที่จะเป็นสองนิวตรอน เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ใช้ในวิธี Alcator C ก่อนหน้านี้มีเพียงสองประเภทคือไอออน ดิวเทอเรียม และไฮโดรเจน ดิวเทอเรียม ซึ่งเป็นไอโซโทปที่เสถียรของไฮโดรเจนที่มีนิวตรอนอยู่ในนิวเคลียส (ซึ่งต่างจากไฮโดรเจนที่ไม่มีนิวตรอน) เป็นเชื้อเพลิงประมาณ 95% นักวิทยาศาสตร์ที่ศูนย์วิจัยพลาสม่าและสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (PSFC) ใช้กระบวนการที่เรียกว่า เครื่องทำความร้อน RF. เสาอากาศถัดจากโทคามักใช้คลื่นความถี่วิทยุเฉพาะเพื่อกระตุ้นอนุภาค และปรับคลื่นเพื่อ "กำหนดเป้าหมาย" ของไฮโดรเจนไอออน เนื่องจากไฮโดรเจนเป็นส่วนประกอบเพียงเล็กน้อยของความหนาแน่นรวมของเชื้อเพลิง การมุ่งความสนใจไปที่ไอออนเพียงเล็กน้อยในการให้ความร้อนจึงทำให้ระดับพลังงานสูงส่งถึงขีดสุด นอกจากนี้ ไฮโดรเจนไอออนที่ถูกกระตุ้นจะส่งผ่านไปยังไอออนของดิวเทอเรียมที่มีอยู่ในส่วนผสม และอนุภาคที่เกิดขึ้นในลักษณะนี้จะเข้าสู่เปลือกนอกของเครื่องปฏิกรณ์โดยปล่อยความร้อน

ประสิทธิภาพของกระบวนการนี้จะเพิ่มขึ้นเมื่อมีการเติมไอออนฮีเลียม-3 ลงในส่วนผสมในปริมาณที่น้อยกว่า 1% นักวิทยาศาสตร์ได้เพิ่มพลังงานของไอออนเป็นเมกะอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV) ด้วยการให้ความร้อนจากคลื่นวิทยุทั้งหมดกับฮีเลียม-3 ในปริมาณเล็กน้อย

มาก่อน - เสิร์ฟก่อน เทียบเท่าในภาษารัสเซีย: กินแขกสายและกระดูก

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีการพัฒนาหลายอย่างในโลกของการควบคุมฟิวชั่นที่จุดประกายความหวังของนักวิทยาศาสตร์และพวกเราทุกคนให้ไปถึง "จอกศักดิ์สิทธิ์" แห่งพลังงานในที่สุด

สัญญาณที่ดีรวมถึงการค้นพบจาก Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) ของกระทรวงพลังงานสหรัฐ (DOE) คลื่นวิทยุถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จอย่างมากในการลดสิ่งรบกวนที่เรียกว่าพลาสมา ซึ่งอาจมีความสำคัญในกระบวนการ "แต่งเติม" ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ ทีมวิจัยเดียวกันในเดือนมีนาคม 2019 รายงานว่ามีการทดลองลิเธียมโทคาแมคซึ่งผนังด้านในของเครื่องปฏิกรณ์ทดสอบเคลือบด้วยลิเธียม ซึ่งเป็นวัสดุที่รู้จักกันดีจากแบตเตอรี่ที่ใช้กันทั่วไปในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ นักวิทยาศาสตร์ตั้งข้อสังเกตว่าซับลิเธียมบนผนังของเครื่องปฏิกรณ์ดูดซับอนุภาคพลาสม่าที่กระจัดกระจาย ป้องกันไม่ให้สะท้อนกลับไปยังเมฆพลาสม่าและรบกวนปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์

4. การสร้างภาพโครงการ TAE Technologies

นักวิชาการจากสถาบันวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงรายใหญ่ได้กลายมาเป็นผู้มองโลกในแง่ดีอย่างระมัดระวังในคำพูดของพวกเขา เมื่อเร็ว ๆ นี้มีความสนใจในเทคนิคการควบคุมฟิวชันแบบควบคุมเพิ่มขึ้นอย่างมากในภาคเอกชน ในปี 2018 ล็อคฮีด มาร์ตินได้ประกาศแผนการพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชั่นขนาดกะทัดรัด (CFR) ภายในทศวรรษหน้า หากเทคโนโลยีที่บริษัทกำลังดำเนินการอยู่ อุปกรณ์ขนาดเท่ารถบรรทุกจะสามารถจ่ายไฟฟ้าให้เพียงพอต่อความต้องการของอุปกรณ์ขนาด 100 ตารางฟุต ชาวเมือง.

บริษัทและศูนย์วิจัยอื่นๆ กำลังแข่งขันกันเพื่อดูว่าใครสามารถสร้างเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันจริงเครื่องแรก รวมทั้ง TAE Technologies และ Massachusetts Institute of Technology แม้แต่ Jeff Bezos แห่ง Amazon และ Bill Gates ของ Microsoft ก็เพิ่งมีส่วนร่วมในโครงการควบรวมกิจการ เมื่อเร็วๆ นี้ NBC News ได้นับรวมบริษัทขนาดเล็กเพียงแห่งเดียวในสหรัฐฯ จำนวน XNUMX แห่ง สตาร์ทอัพอย่าง General Fusion หรือ Commonwealth Fusion Systems กำลังมุ่งเน้นไปที่เครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็กโดยใช้ตัวนำยิ่งยวดที่เป็นนวัตกรรมใหม่

แนวคิดของ "cold fusion" และทางเลือกอื่นสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่ ไม่เพียงแต่ tokamaks แต่ยังรวมถึงสิ่งที่เรียกว่า ดาวฤกษ์, ด้วยการออกแบบที่แตกต่างกันเล็กน้อย สร้างขึ้นในประเทศเยอรมนี การค้นหาแนวทางที่แตกต่างยังคงดำเนินต่อไป ตัวอย่างนี้คืออุปกรณ์ที่เรียกว่า Z-หยิก, สร้างโดยนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยวอชิงตัน และอธิบายไว้ในฉบับล่าสุดของวารสาร Physics World Z-pinch ทำงานโดยการดักและบีบอัดพลาสม่าในสนามแม่เหล็กอันทรงพลัง ในการทดลอง เป็นไปได้ที่จะทำให้พลาสมาเสถียรเป็นเวลา 16 ไมโครวินาที และปฏิกิริยาฟิวชันดำเนินต่อไปประมาณหนึ่งในสามของเวลานี้ การสาธิตควรแสดงให้เห็นว่าการสังเคราะห์ขนาดเล็กเป็นไปได้ แม้ว่านักวิทยาศาสตร์หลายคนยังคงมีข้อสงสัยอย่างจริงจังเกี่ยวกับเรื่องนี้

ในทางกลับกัน ด้วยการสนับสนุนของ Google และนักลงทุนด้านเทคโนโลยีขั้นสูงอื่นๆ บริษัท TAE Technologies ในแคลิฟอร์เนียใช้การทดลองฟิวชันที่แตกต่างจากปกติ ส่วนผสมเชื้อเพลิงโบรอนซึ่งถูกใช้ในการพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์ที่มีขนาดเล็กลงและราคาถูกลง ในขั้นต้นเพื่อวัตถุประสงค์ของเครื่องยนต์จรวดฟิวชั่นที่เรียกว่า เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันทรงกระบอกต้นแบบ (4) พร้อมคานเคาน์เตอร์ (CBFR) ซึ่งให้ความร้อนกับก๊าซไฮโดรเจนเพื่อสร้างวงแหวนพลาสม่าสองวง พวกเขารวมกับกลุ่มของอนุภาคเฉื่อยและถูกเก็บไว้ในสถานะดังกล่าวซึ่งควรเพิ่มพลังงานและความทนทานของพลาสม่า

เจฟฟ์ เบโซส สตาร์ทอัพด้าน Fusion Startup จากจังหวัดบริติชโคลัมเบียของแคนาดา ได้รับการสนับสนุนจาก Jeff Bezos เอง พูดง่ายๆ ก็คือ แนวคิดของเขาคือการฉีดพลาสมาร้อนเข้าไปในลูกบอลโลหะเหลว (ส่วนผสมของลิเธียมและตะกั่ว) ภายในลูกเหล็ก หลังจากนั้นพลาสมาจะถูกอัดด้วยลูกสูบ คล้ายกับเครื่องยนต์ดีเซล แรงดันที่เกิดขึ้นควรนำไปสู่การหลอมรวม ซึ่งจะปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลเพื่อให้พลังงานแก่กังหันของโรงไฟฟ้าประเภทใหม่ Mike Delage หัวหน้าเจ้าหน้าที่เทคโนโลยีของ General Fusion กล่าวว่านิวเคลียร์ฟิวชันเชิงพาณิชย์อาจเปิดตัวได้ภายใน XNUMX ปี

5. ภาพประกอบจากสิทธิบัตรเทอร์โมนิวเคลียร์ของกองทัพเรือสหรัฐฯ

เมื่อเร็วๆ นี้ กองทัพเรือสหรัฐฯ ยังได้ยื่นจดสิทธิบัตรสำหรับ "อุปกรณ์พลาสมาฟิวชัน" สิทธิบัตรกล่าวถึงสนามแม่เหล็กเพื่อสร้าง "การสั่นสะเทือนแบบเร่ง" (5). แนวคิดคือการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันที่มีขนาดเล็กพอที่จะเคลื่อนย้ายได้ จำเป็นต้องพูด การยื่นขอจดสิทธิบัตรนี้พบกับความกังขา