Môžeme do roku 2020 dať crowdfunding bezpečnú energiu z hľadiska jadrovej syntézy?

Anonim

Môžeme do roku 2020 dať crowdfunding bezpečnú energiu z hľadiska jadrovej syntézy?

energie

Dario Borghino

19. mája 2014

7 obrázkov

Skupina vedcov sa obracia na spoločnosť Indiegogo na financovanie výskumu v oblasti jadrovej syntézy (Image: LPP Fusion)

Skupina výskumníkov v systéme LPP Fusion v New Jersey sa obracia na crowdfunding, aby demonštrovala čistý prínos energie z reaktora jadrovej fúzie. Vedci plánujú, že to urobia technikou, ktorá je pomerne málo známa, ale ktorá tvrdí, že je vedecky spoľahlivá a spolieha sa iba na dobre zavedenú vedu. Vzhľadom na dostatok finančných prostriedkov výskumníci tvrdia, že by mohli navrhnúť reaktor s výkonom 5 000 000 MW, ktorý by vyrobil energiu za 0, 06 centov za kWh, a to všetko do konca desaťročia.

Budete ospravedlnení pochybovať o tom, že výskum v oblasti jadrovej syntézy by mohol byť úspešne financovaný z davu. Tokamak ITER, ktorý sa buduje na juhu Francúzska, si vyžaduje spoluprácu siedmich krajín a zaznamenal niekoľko meškaní, pričom sa očakáva, že náklady teraz prekročia hranicu 10 miliárd EUR (13, 7 miliárd USD). S cieľom vyhnúť sa ďalším ťažkostiam je projekt ITER najskôr uvedený do prevádzky najskôr v roku 2027.

Podľa vedúceho vedca spoločnosti LPP Fusion, Eric Lerner, veľká väčšina finančných prostriedkov bola vyčlenená na prístup ITER k jadrovej energii, zatiaľ čo iné cesty, ako napríklad jeho tím, ktorý bol sledovaný jeho tímom, boli z veľkej časti zanedbané napriek tomu, že oveľa lacnejšie. Použitím prístupu nazýva "fúziu zamerania", Lerner hovorí, že jeho tím môže získať kľúčovú elektródu za 200 000 dolárov, preukázať čistý prírastok energie s 1 miliónom dolárov a vyriešiť konečné technické problémy, čo povedie k fungujúcemu reaktoru s 50 miliónmi dolárov financovania.

Ako to funguje

Pri štandardnom prístupe k jadrovej syntéze je zámerom zachytiť plazmu a urobiť ju stabilnou, čo je technicky mimoriadne náročné (a drahé). Cieľom prístupu Focus Fusion nie je bojovať s týmito nestabilitami, ale namiesto toho ich využívať na koncentráciu plazmy vo veľmi malej oblasti.

Zariadenie na zaostrenie plazmy, srdce reaktora s tavivom, môže byť tak malé ako len pár centimetrov v priemere (pozri vyššie). Zariadenie sa skladá z centrálneho dutého valca vyrobeného z medi, anódy, obklopenej izolátorom (v bielom) a vonkajšej elektródy, katódy, kruhu medených tyčí. Zariadenie je uzavreté vo vákuovej komore naplnenej tavivovým palivom a pripojené k silnej kondenzátorovej banke.

Silný prúdový impulz generuje plazmu medzi anódou a katódom zariadenia na zaostrovanie plazmy (Image: LPP Fusion)

Len v mikrosekunde kondenzátorová banka pulzuje prúd viac ako milión zosilňovačov od katódy po anódu. To ionizuje plyn a premieňa ho na plazmu. V tomto bode paralelné prúdy vedú pozdĺž seba v plazme a vytvárajú magnetické pole, ktoré núti husté plazmové vlákna pritiahnuť a krútiť okolo seba a koncentrovať plazmu na malej ploche.

Magnetické polia sústreďujú plazmové vlákna do plasmidu tvaru šišky, ktorý je len milimetrový a rýchlo stláča. Keď je plazmoid dostatočne hustý, začne uniknúť žiarenie zo stredu plazmidu a to spôsobí náhly pokles magnetického poľa, čím urýchľuje lúč elektrónov na jednom konci a lúč iónov na druhom konci. Keď odchádzajú, elektróny v lúči interagujú s elektrónmi v plazmide a zahrievajú oblasť na viac ako 1, 8 miliardy stupňov Celzia, čo stačí na dosiahnutie fúznych reakcií.

Prírodné nestability krátko koncentrujú plazmu na plazmoid v tvare šišky (Image: LPP Fusion)

Dosiahnuté rekordné teploty sú dostatočne horúce na to, aby sa krátko roztavil bór a atóm vodíka do uhlíkového jadra, ktoré sa okamžite rozpadne na tri atómy hélia a veľké množstvo energie. Na rozdiel od deutéria a trícia použitého v iných prístupoch je táto reakcia aneutrónna, čo znamená, že konečným produktom sú nabité častice a žiadny nebezpečný rádioaktívny odpad. V skutočnosti majú konečné produkty polčas iba o viac ako 20 minút, čo znamená, že žiarenie vnútri reaktora sa po deviatich hodinách vráti späť na úroveň pozadia.

Okrem toho, pretože koncový produkt reakcie sa pohybuje nabitými časticami, môžu sa tieto premeniť na elektrickú energiu priamo, čo je efektívnejšie a podľa výskumníkov až desaťkrát nákladovo efektívnejšie.

Konečný reaktor by sklzil elektrickú energiu priamo kvôli lepšej efektívnosti a značne zníženým nákladom (Image: LPP Fusion)

Elektrina by vznikla dvoma spôsobmi. Dobrá 60 percent pochádza z vytiahnutia iónového lúča z plazmidu, ktorý by bol napájaný na kovovú cievku, kde rýchlo sa meniace elektromagnetické polia vytvorili prúd, ktorý sa potom privádza do kondenzátora s 80% účinnosťou.

Zvyšných 40 percent elektrickej energie bude zozbieraných z röntgenového impulzu generovaného reakciou, ktorý bude zhromaždený stohom tisícok extrémne tenkých kovových fólií, ktoré zachytia elektróny do jemnej elektrickej siete.

Dopad

Úplný veľký fúzny reaktor, povedal Lerner, by stálo 500 000 dolárov, čo je oveľa lacnejšie ako štandardný jadrový reaktor, a bolo by to bezpečné a dostatočne malé, aby sa zmestili do garáže alebo prepravného kontajnera. To by poskytlo 5 MW energie, čo stačí pre približne 3 500 domov, za tak lacné ako 0, 06 centov za kWh - dvadsaťnásobné zlepšenie oproti bežným nákladom.

Keďže 20% obyvateľov sveta nemá prístup k elektrickej energii, táto technika má potenciál ponúkať lacnú, čistú a decentralizovanú energiu, ktorá by mohla byť nasadená aj do odľahlých oblastí.

Podľa laboratória Jet Propulsion Lab spoločnosti NASA, ktorá financovala časť výskumu spoločnosti Focus Fusion, by sa funkčný reaktor mohol zdvojnásobiť aj ako raketový motor, čo nám umožní dosiahnuť Mars už za dva týždne. V súčasnej dobe rakety trvajú šesť mesiacov na výlet v najlepšom scenári.

Ďalší krok

Lerner a kolegovia uviedli, že už dosiahli dve z troch podmienok, ktoré potrebujú na preukázanie čistého energetického zisku: plazmu zahriali na 1, 8 miliardy stupňov a obmedzili ju na malú oblasť za desiatky nanosekúnd. Treťou zostávajúcou podmienkou je dosiahnutie hustoty plazmy 10 000 krát vyššej.

Výskumníci hovoria, že vedia, ako to urobiť, a že to môžu dosiahnuť použitím kvalitnejších berýliových elektród, využívajúcimi ťažšie plyny a prechodom z deutéria na trícium na vodík-bór ako palivo.

Ak výskumníci môžu získať 200 tisíc dolárov za berylliové elektródy, hovoria, že dokážu dokázať, že komerčný reaktor fúzie je realizovateľný a pripravený na komerčné využitie do roku 2016. Do tej doby by bolo oveľa jednoduchšie zabezpečiť 50 miliónov dolárov potrebných vyriešiť zostávajúce technické problémy a vybudovať prototypový reaktor počas nasledujúcich troch alebo štyroch rokov.

Viac informácií o kampani Indiegogo, ktorú vytvorili vedci, nájdete. Nasledujúce video znázorňuje, ako bude reaktor schopný využívať plazmatické nestability na generovanie energie energie z fúzie.

Zdroj: Focus Fusion

Tím vedený Ericom Lernerom sa pokúša dosiahnuť jadrovú syntézu pomocou inovatívneho prístupu s nízkymi nákladmi (Image: LPP Fusion)

Prístup zameraný na fúziu využíva radšej nestabilitu plazmy, než aby sa s ňou bojoval (obrázok: LPP Fusion)

Konečný reaktor by sklzil elektrickú energiu priamo kvôli lepšej efektívnosti a značne zníženým nákladom (Image: LPP Fusion)

Prírodné nestability krátko koncentrujú plazmu na plazmoid v tvare šišky (Image: LPP Fusion)

Silný prúdový impulz generuje plazmu medzi anódou a katódom zariadenia na zaostrovanie plazmy (Image: LPP Fusion)

Zariadenie s plazmovým zaostrovaním môže mať pomerne malú veľkosť (Obrázok: LPP Fusion)

Skupina vedcov sa obracia na spoločnosť Indiegogo na financovanie výskumu v oblasti jadrovej syntézy (Image: LPP Fusion)