Με την τεχνολογία «smoke ring», η εκκίνηση του fusion σηματοδοτεί σταθερή πρόοδο

Μια ιδιωτική εταιρεία που στοιχηματίζει σε μια καινοτόμο τεχνολογία σύντηξης ανακοίνωσε σήμερα ότι η τελευταία της συσκευή μπορεί να διατηρήσει υψηλές θερμοκρασίες για μεγάλους χρόνους αντίδρασης - ένα σημαντικό βήμα προς έναν αντιδραστήρα ικανό να παράγει περισσότερη ενέργεια σύντηξης από αυτή που καταναλώνεται από τη συσκευή. Η εταιρεία, TAE Technologies, απέχει ακόμα πολύ από αυτόν τον στόχο, προς τον οποίο ωθούν και τεράστιες κυβερνητικές προσπάθειες. Αλλά τα επιτεύγματά της μέχρι στιγμής έχουν αντλήσει 880 εκατομμύρια δολάρια σε επενδύσεις — περισσότερα από οποιαδήποτε άλλη ιδιωτική εταιρεία σύντηξης. Η εταιρεία ανακοίνωσε επίσης σχέδια να κλιμακώσει σε ένα μεγαλύτερο μηχάνημα, το οποίο ελπίζει ότι θα φτάσει σε συνθήκες σύντηξης έως το 2025.

«Τα αποτελέσματα μοιάζουν με σταθερή πρόοδο, αλλά είναι πολύ μακριά από μια συσκευή σύντηξης», λέει ο φυσικός πλάσματος Cary Forest του Πανεπιστημίου του Wisconsin, Madison. Παρόλα αυτά, προσθέτει, «Είμαι στο στρατόπεδο των υποστηρικτών».

Η σύντηξη υπόσχεται ενέργεια χωρίς άνθρακα, που παράγεται από άφθονα καύσιμα και παράγει περιορισμένα ραδιενεργά απόβλητα. Αλλά για περισσότερες από 7 δεκαετίες, ο στόχος ήταν άπιαστος:Απαιτούνται ακραίες θερμοκρασίες για να πείσουν τους πυρήνες για να ξεπεράσουν τη φυσική τους απώθηση και να συντηχθούν. Οι περισσότερες προσπάθειες που χρηματοδοτούνται από το δημόσιο έχουν επικεντρωθεί στα tokamaks, τα οποία χρησιμοποιούν ισχυρά μαγνητικά πεδία για να φυλακίσουν το ιονισμένο αέριο σε ένα δοχείο σε σχήμα ντόνατ, όπου το πλάσμα μπορεί να θερμανθεί με μικροκύματα και δέσμες σωματιδίων. Ο γιγάντιος αντιδραστήρας ITER υπό κατασκευή στη Γαλλία είναι η κορυφή αυτής της προσέγγισης. Σε άλλα εργαστήρια, όπως η Εθνική Εγκατάσταση Ανάφλεξης των ΗΠΑ, οι ερευνητές συνθλίβουν μικροσκοπικά σφαιρίδια καυσίμου με ισχυρούς παλμούς λέιζερ για να πυροδοτήσουν μια έκρηξη σύντηξης.

Η ΤΑΕ ιδρύθηκε το 1998 και έχει μια εναλλακτική προσέγγιση. Οι μηχανές του αναδεύουν ένα πλάσμα υδρογόνου σε έναν περιστρεφόμενο δακτύλιο καπνού που ονομάζεται διαμόρφωση πεδίου αναστροφής (FRC). Η περιστρεφόμενη κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων σε ένα FRC δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο που βοηθά στον περιορισμό του πλάσματος μέσα σε αυτό. Αφήνοντας μόνη της, η δίνη αποσυντίθεται σε ένα κλάσμα του χιλιοστού του δευτερολέπτου, αλλά το TAE βοηθά τους FRC να επιβιώσουν πυροδοτώντας μια δέσμη σωματιδίων εφαπτομενικά στην άκρη του δακτυλίου, σκληρύνοντάς τον και κάνοντας τον να περιστρέφεται πιο γρήγορα.

Στο πιο πρόσφατο μηχάνημα της TAE, που λειτουργεί από το 2017 και ονομάστηκε Norman από τον συνιδρυτή της εταιρείας Norman Rostoker, τα FRC παίρνουν σχήμα σε έναν σωλήνα μήκους 30 μέτρων που διαθέτει μαγνήτες ελέγχου, αισθητήρες και εγχυτήρες σωματιδίων. Η TAE λέει τώρα ότι ο Norman μπορεί να διατηρήσει τα FRC για 30 χιλιοστά του δευτερολέπτου και να τα θερμάνει με δέσμες σωματιδίων σε θερμοκρασίες περίπου 60 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου - καλύτερα με συντελεστές 10 και οκτώ, αντίστοιχα, από τις προηγούμενες συσκευές της εταιρείας. Και, ο διευθύνων σύμβουλος Michl Binderbauer λέει, "Μπορούμε να το κρατήσουμε όσο θέλετε". Λέει ότι η διάρκεια ζωής του FRC περιορίζεται μόνο από την ποσότητα ενέργειας που μπορούν να αποθηκεύσουν επιτόπου για να λειτουργήσουν οι μαγνήτες και οι δέσμες σωματιδίων του Norman και να διατηρήσουν τους δακτυλίους να περιστρέφονται.

Το ΤΑΕ δεν έχει δημοσιεύσει τα αποτελέσματά του, όπως ανακοίνωσε σήμερα σε δελτίο τύπου. Αλλά άλλοι εντυπωσιάζονται από την πρόοδο. «Έχουν εστιάσει στόχους και αποδίδουν έγκαιρα, και αυτό στερείται σύντηξης για λίγο», λέει ο επιστήμονας σύντηξης Dennis Whyte του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης. «Πλησιάζουν περισσότερο στις συνθήκες που είναι απαραίτητες για [ενεργειακό] κέρδος», λέει. Ωστόσο, επισημαίνει μερικές προκλήσεις. Τα ηλεκτρόνια στα FRC του Norman είναι πιο ψυχρά από το υπόλοιπο πλάσμα, σε μόλις 10 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Τα ψυχρά ηλεκτρόνια προκαλούν έλξη στις εισερχόμενες δέσμες σωματιδίων, μειώνοντας την αποτελεσματικότητά τους. Τα FRC έχουν επίσης διαρροή θερμότητας πολύ γρήγορα. Ο Whyte λέει ότι η TAE θα πρέπει να βελτιώσει τη διατήρηση της θερμότητας 1000 φορές εάν θέλει να επιτύχει τους στόχους της. "Είναι καλή πρόοδος, αλλά υπάρχει ακόμα δρόμος", λέει.

Ο Whyte προσθέτει ότι η φυσική του πλάσματος έχει επίσης τη συνήθεια να προκαλεί εκπλήξεις. «Μέχρι τώρα το ΤΑΕ δεν έχει δει showtopper», λέει, «αλλά δεν το ξέρεις μέχρι να το δεις». Στη δεκαετία του 1980, για παράδειγμα, οι ερευνητές κατασκεύασαν μεγάλα tokamak που πίστευαν ότι θα ήταν αρκετά μεγάλα για να παράγουν υπερβολική ενέργεια. Ωστόσο, ένα απρόβλεπτο φαινόμενο που ονομάζεται μικροστροβιλισμός εμφανίστηκε στα πλάσματα, με αποτέλεσμα να αποβάλλουν θερμότητα πιο γρήγορα από το αναμενόμενο.

Ο Binderbauer λέει ότι η TAE είναι πεπεισμένη ότι η επόμενη μηχανή της, που ονομάζεται Copernicus, θα τη φτάσει στο επόμενο ορόσημο:100 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, η θερμοκρασία στην οποία το παραδοσιακό καύσιμο σύντηξης - ένα μείγμα των ισοτόπων υδρογόνου δευτερίου και τριτίου - αρχίζει να συντήκεται. Το Copernicus θα είναι έως και 50% μεγαλύτερο από το Norman και θα διαθέτει τροφοδοτικό ικανό να διατηρεί τα FRC για αρκετά δευτερόλεπτα. Η TAE σχεδιάζει να ξεκινήσει την κατασκευή της συσκευής 250 εκατομμυρίων δολαρίων αργότερα φέτος σε μια νέα τοποθεσία κοντά στις τρέχουσες εγκαταστάσεις της στο Foothill Ranch της Καλιφόρνια.

Αλλά η εταιρεία δεν σκοπεύει να σταματήσει εκεί. Το καύσιμο τρίτιο έχει μειονεκτήματα:Είναι ραδιενεργό και δύσκολο να αποκτηθεί. και η αντίδραση δευτερίου-τριτίου παράγει νετρόνια υψηλής ενέργειας, που απαιτούν παχιά θωράκιση για την προστασία του μηχανήματος και των χειριστών του. Το TAE θέλει να χρησιμοποιήσει ένα εναλλακτικό καύσιμο υδρογόνου και βορίου, άφθονα στοιχεία που παράγουν πολύ λιγότερα νετρόνια όταν συντήκονται. Αλλά αυτή η αντίδραση απαιτεί θερμοκρασίες δισεκατομμυρίων βαθμών Κελσίου - και μια μελλοντική συσκευή μεγαλύτερη από το Copernicus, που η TAE ελπίζει να κατασκευάσει μέχρι το τέλος της δεκαετίας. "Είμαστε αρκετά σίγουροι ότι έχουμε τη θεωρητική βάση", λέει ο Binderbauer.

Οι επενδυτές φαίνεται να τον πιστεύουν. Η εταιρεία έχει προσελκύσει μεγάλους χρηματοδότες, όπως η Vulcan Capital του Paul Allen, η Google, η Wellcome Trust και η κυβέρνηση του Κουβέιτ. Μόνο τα αποτελέσματα του Norman βοήθησαν την TAE να συγκεντρώσει 280 εκατομμύρια δολάρια και η Copernicus έχει ήδη χρηματοδοτηθεί κατά 50%. «Πολλοί άνθρωποι εντυπωσιάζονται πολύ από το πώς άνοιξαν τα πορτοφόλια των κεφαλαίων επιχειρηματικού κινδύνου», λέει ο Forest. "Εάν μπορούν να διατηρήσουν αυτή την πρόοδο του νόμου του Μουρ, ίσως μπορέσουν να φτάσουν εκεί."