Un nuovo approccio alla fusione

Fusione generale , una startup di Vancouver, in Canada, afferma di poter costruire un prototipo di centrale elettrica a fusione entro il prossimo decennio e farlo per meno di un miliardo di dollari. Finora ha raccolto 13,5 milioni di dollari da investitori pubblici e privati ​​per dare il via al suo ambizioso sforzo.

pistoni di potenza: Il reattore di General Fusion è una sfera di metallo con 220 pistoni pneumatici progettati per speronare la sua superficie contemporaneamente. Lo speronamento crea un'onda acustica che viaggia attraverso un liquido piombo-litio e alla fine accelera verso il centro in un'onda d'urto. L'onda d'urto comprime un bersaglio di plasma, chiamato sferomak, per innescare un'esplosione di fusione. L'energia termica viene estratta con uno scambiatore di calore e utilizzata per creare vapore per la produzione di energia elettrica. Per produrre energia, il processo sarebbe ripetuto ogni secondo.

A differenza dei 14 miliardi di dollari ITER progetto in corso in Francia, l'approccio di General Fusion non si basa su costosi magneti superconduttori, chiamati tokamak, per contenere il plasma surriscaldato necessario per ottenere e sostenere una reazione di fusione. Né l'azienda richiede laser potenti, come quelli all'interno del Impianto di accensione nazionale al Lawrence Livermore National Laboratory, per confinare un bersaglio di plasma e comprimerlo a temperature estreme fino alla fusione.

Invece, General Fusion afferma che può ottenere un guadagno netto, ovvero creare una reazione di fusione che emette più energia di quella necessaria per attivarla, utilizzando una forza bruta meccanica relativamente a bassa tecnologia e tecnologie di controllo digitale avanzate che gli scienziati potevano solo sognare. 30 anni fa.

Può sembrare poco plausibile, ma alcuni dei migliori esperti di fusione statunitensi affermano che l'approccio di General Fusion, che è una variazione di ciò che l'industria chiama fusione di bersagli magnetizzati , è scientificamente valido e potrebbe effettivamente funzionare. È un tentativo lungo, dicono, ma vale la pena provare.

Faccio il tifo per loro, dice Ken Fowler , professore emerito di ingegneria nucleare e fisica del plasma presso l'Università della California, Berkeley, e una delle principali autorità sui progetti di reattori a fusione. Ha analizzato l'approccio e non ha trovato ostacoli tecnici. Forse questi ragazzi possono farlo. È davvero la fortuna del sorteggio.

Il prototipo di reattore sarà composto da una sfera metallica di circa tre metri di diametro contenente una miscela liquida di litio e piombo. Il liquido viene fatto girare per creare un vortice all'interno della sfera che forma una cavità verticale al centro. A questo punto, due anelli di plasma a forma di ciambella tenuti insieme da campi magnetici autogenerati, chiamati sferomak, vengono iniettati nella cavità dalla parte superiore e inferiore della sfera e si uniscono per creare un bersaglio al centro. Pensa a questo come a soffiarsi anelli di fumo l'uno contro l'altro, afferma Doug Richardson, amministratore delegato di General Fusion.

All'esterno della sfera di metallo ci sono 220 pistoni a comando pneumatico, ciascuno programmato per speronare simultaneamente la superficie della sfera a 100 metri al secondo. La forza dei pistoni invia un'onda acustica attraverso la miscela piombo-litio, e che accelera in un'onda d'urto quando raggiunge il plasma, che è composto dagli isotopi di idrogeno deuterio e trizio.

Se tutto funziona come previsto, il plasma si comprimerà istantaneamente e gli isotopi si fonderanno in elio, rilasciando una raffica di neutroni carichi di energia che vengono catturati dal liquido piombo-litio. Il rapido accumulo di calore nel liquido verrà estratto attraverso uno scambiatore di calore, con metà utilizzata per creare vapore che fa girare una turbina per la generazione di energia e il resto utilizzato per ricaricare i pistoni per lo sparo successivo.

L'obiettivo finale è iniettare un nuovo bersaglio al plasma e azionare i pistoni ogni secondo, creando impulsi di reazioni di fusione come parte di un processo autosufficiente. Ciò contrasta con ITER, che mira a creare un'unica reazione di fusione in grado di sostenersi. Uno dei grandi rischi per il progetto è che nessuno ha compresso gli sferomacchi in condizioni rilevanti per la fusione prima, afferma Richardson. Non c'è motivo per cui non funzionerà, ma nessuno lo ha mai dimostrato.

Dice che sembrerà più lungo del previsto raccogliere i soldi per il progetto del prototipo, ma l'azienda può ora avviare la prima fase di costruzione del reattore di prova, compreso lo sviluppo di simulazioni 3D e la verifica tecnica dei componenti. General Fusion mira a completare il reattore e dimostrare un guadagno netto entro cinque anni, supponendo che possa raccogliere altri 37 milioni di dollari.

In caso di successo, ritiene di poter costruire un reattore a fusione compatibile con la rete da 100 megawatt quattro anni dopo per circa 500 milioni di dollari, battendo ITER di circa 20 anni e ad una frazione del costo.

Di solito rinuncio a queste idee bizzarre che mi passano davanti, ma questa mi ha davvero affascinato, dice Fowler. Nota che ci sono enormi sfide da superare, ma la cultura di una startup privata potrebbe essere ciò che serve per affrontarle con un senso di urgenza. Nei grandi programmi, specialmente quelli fusion, le persone sono state picchiate così tanto da diventare così avverse al rischio.

L'approccio di base di General Fusion non è del tutto nuovo. Si basa sul lavoro svolto negli anni '80 dal Naval Research Laboratory degli Stati Uniti, basato su un concetto chiamato Linus. Il problema era che gli scienziati non riuscivano a trovare un modo abbastanza veloce per comprimere il plasma prima che perdesse il suo confinamento magnetico a forma di ciambella, una finestra di opportunità misurata in millisecondi. Proprio come gli anelli di fumo, gli anelli di plasma mantengono la loro forma solo momentaneamente prima di disperdersi.

Il gigante della ricerca nucleare General Atomics in seguito ha avuto l'idea di comprimere rapidamente il plasma utilizzando un processo di speronamento meccanico che crea onde acustiche. Ma l'azienda non ha mai seguito, probabilmente perché la tecnologia per controllare con precisione la velocità e l'attivazione simultanea dei pistoni dell'aria compressa semplicemente non esisteva due decenni fa.

Richardson afferma che l'elaborazione digitale ad alta velocità è prontamente disponibile oggi e la missione di General Fusion nei prossimi due o quattro anni è dimostrare che può fare il lavoro. Prima di costruire un reattore completamente funzionante con 220 pistoni su una sfera metallica, l'azienda verificherà innanzitutto che gli anelli più piccoli di 24 pistoni possano essere sincronizzati per colpire un guscio metallico esterno.

Glen erano , responsabile del programma di scienze dell'energia da fusione presso il Los Alamos National Laboratory ed esperto di fusione di bersagli magnetizzati, afferma che la General Fusion ha una strada impegnativa da percorrere e molte domande a cui rispondere in modo definitivo. Possono produrre sferomak con la giusta densità, temperatura e durata? Possono iniettare due sferomak nelle estremità opposte della cavità del vortice e assicurarsi che si scontrino e si uniscano? Le onde acustiche viaggeranno uniformemente attraverso il metallo liquido?

Puoi farne una buona parte attraverso le simulazioni, ma non tutto, dice Wurden. Tutto questo è un lavoro molto complesso e all'avanguardia. Il problema è che hai a che fare con tempistiche diverse ed effetti diversi sui materiali quando sono esposti alle onde d'urto.

Los Alamos e General Fusion stanno collaborando come parte di un accordo firmato di recente contratto di ricerca . Ma Richardson non ha in programma una corsa tranquilla. Il progetto ha molti rischi, dice, e ci aspettiamo che la maggior parte di esso non funzioni esattamente come previsto. Tuttavia, se l'azienda riuscirà a realizzare il suo reattore di prova, spera di attirare abbastanza attenzione per raccogliere facilmente i 500 milioni di dollari per una centrale elettrica dimostrativa.

Dice Fowler, i miracoli accadono.

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