Снимка: iStock

Пробивът в ядрения синтез, обявен във вторник, беше историческо събитие, кулминиращо десетилетия изследвания. В същото време термоядрената енергия няма да допринася с електричество към никоя електрическа мрежа поне едно десетилетие, според повечето наблюдатели на индустрията. За да се стигне до там, ще трябва да има много повече технически пробиви отвъд това, което беше отпразнувано във вторник – и парите за тяхното финансиране, пише CNBC.

Точно след 1 ч. американско тихоокеанско стандартно време в понеделник, 5 декември, изследователи от Националната лаборатория „Лорънс Ливърмор“ в Калифорния са провели успешен експеримент за производство на повече енергия от реакция на ядрен синтез, отколкото отива в лазерите, използвани за захранване на реакцията.

„Поучихме 3.15 мегаджаула, заредихме 2.05 мегаджаула в лазера“, каза Марк Хърман, програмен директор в „Лорънс Ливърмор“ във вторник. „Това никога не е правено преди в нито една лаборатория за синтез, където и да е по света. Затова е невероятно вълнуващо“.

В техническа дискусия след основното съобщение за пресата във вторник учените от екипа споделиха реакциите си при научаването на новините.

Тами Ма, физик от лабораторията, чакала на летището, когато шефът й се обадил. „Избухнах в сълзи. Подскачах нагоре-надолу в чакалнята като луда“.

Необходими са около 300 мегаджаула енергия от електрическата мрежа, за да се изстреля лазерът, използван в експеримента, каза Херман във вторник. Еквивалентно е на това, което е включено в около два и половина галона бензин.

Цялата тази енергия отиде в лазерната реакция на синтез, която показа нетна печалба от около 1.1 мегаджаула – достатъчно енергия, за да заври чайник два или три пъти може би.

„Това е научно постижение, а не практическо“, каза Омар Хърикейн, главен учен в „Лорънс Ливърмор“.

Но количеството енергия не е от значение. „Лазерът не е проектиран да бъде ефективен. Лазерът е проектиран да ни даде възможно най-много енергия, за да направим тези невероятни условия възможни“, каза Херман. „Така че има много, много стъпки, които трябва да бъдат направени, за да се стигне до инерционен синтез като източник на енергия“.

Това е отчасти защото Националното съоръжение за запалване (National Ignition Facility), където се проведе демонстрацията, е на 20 години и е построено с помощта на технологични компоненти, направени през 1980-те и 1990-те години. Оттогава лазерната технология е напреднала значително.

Причината за празника е просто фактът, че изобщо е създадена енергия.

„Вълнуващо е, защото доказва, че термоядреният синтез може да работи и отваря вратите за по-нататъшен интерес, инвестиции и иновации към превръщането на термоядрения синтез в източник на енергия“, казва Артър Турел, физик по плазма и автор на „The Star Builders“.

Индустрията ще се нуждае от много повече

Напредъкът се случва бързо, но обхватът на проблема е огромен.

Преди малко повече от година, през август 2021 г., същата лаборатория имаше друг пробив, който Хърикейн нарече „моментът на братя Райт“. Този експеримент постигна запалване на термоядрения синтез в контролирана среда за първи път, но общата енергия, вложена в реакцията, беше по-малка от получената.

„Смята се, че плазмата се възпламенява, когато енергийната печалба поради реакциите на термоядрения синтез надвишава всички енергийни загуби, което води до бързо повишаване на температурата, налягането и добива на енергия от термоядрения синтез. По-рано това се постигаше само чрез детонация на ядрени оръжия“, обяснява Правеш Пател, научен директор на стартъпа Focused Energy и бивш учен в „Лорънс Ливърмор“.

В този експеримент през 2021 г. енергийната печалба е била 0.73. Експериментът от 5 декември е първият път, когато е постигнато енергийно увеличение над 1.0 – по-конкретно, енергийно увеличение от 1.5.

„Получаването на нещо над 1 път е само психологически, защото показва, че синтезът може да бъде (нетен) източник на енергия!“, каза Турел пред CNBC. „Казано по друг начин, именно този момент, когато се постигне повече от 1, ще влезе в учебниците по история“.

Пател очаква да види енергийна печалба от 4 или 5, идваща от отбора на „Лорънс Ливърмор“ в крайна сметка. Но за да се направи комерсиален синтез с лазери, ще е необходима енергийна печалба от приблизително 100 пъти, каза Пател.

За да се стигне до това ниво, ще са необходими нови съоръжения и нови технологични разработки на съставните части, като например ефективни диодни помпени лазери.

Това ще изисква напредък в така наречените „напреднали концепции“ като бързо запалване или ударно запалване, които са предназначени за висока печалба. Тези концепции изискват да бъдат построени нови съоръжения, така че пробивът там ще отнеме до края на това десетилетие“, каза Пател.

Мориц фон дер Линден, главен изпълнителен директор на Marvel Fusion, също подчерта важността на новите лазери.

„Най-новото поколение лазерни системи в други или нови съоръжения трябва да покажат, че могат лесно да изстрелват 10 лазерни импулса в секунда с висока енергия. Също така, целите трябва да имат ефективна степен на поглъщане на енергията и да бъдат масово произвеждани“, каза Линдън в изявление. „Само с оптимизирани цели и лазерни системи от последно поколение е възможно да се покаже нетно увеличение на енергията – следващата наистина революционна стъпка. Това ще бъде едно от най-трудните инженерни предизвикателства, които човечеството може да си представи“.

Финансирането трябва да се увеличи драстично

Въпреки че ще отнеме повече от десетилетие, докато термоядреният синтез бъде комерсиализиран, инвеститорите вече наливат пари в сектора: частната индустрия за термоядрен синтез е видяла почти 5 милиарда долара инвестиции, според Индустриалната търговска група, Асоциацията на индустрията за термоядрен синтез, като повече от половината от тях са от второто тримесечие на 2021 г.

По-голямата част от тази инвестиция отиде към различен подход, наречен магнитен синтез, който използва устройство с форма на поничка, наречено токамак. Само около 180 милиона долара са отишли за инерционен синтез, подходът, който обикновено използва лазери, според изпълнителния директор на Асоциацията на индустрията за синтез Андрю Холанд.

Независимо от подхода, съобщението от вторник е важно за индустрията като цяло, според Денис Уайт, който работи в Масачузетския технологичен институт и е съосновател на Commonwealth Fusion Systems, водещ стартъп, работещ с базиран на токамак синтез, който е събрал повече от 2 милиарда долара.

„Докато технологичната готовност на токамаците е по-висока за енергийните системи, пробивът, обявен вчера, беше научен, потвърждаващ, че нетната енергия може да бъде произведена от термоядрените горива“, каза Уайт пред CNBC. „Така че това е важен резултат за всички усилия за синтез“.

През септември Министерството на енергетиката на САЩ обяви, че 50 милиона долара ще отидат за частни компании за термоядрен синтез в публично-частни партньорства.

Това финансиране е критична стъпка, за да може термоядреният синтез да бъде комерсиален до края на 2030-те години, където се стремят повечето наблюдатели на термоядрения синтез, но това не е достатъчно. „Трябва да има между 10 и 100 пъти повече инвестиции, за да се ускори значително времето, необходимо за комерсиализиране на термоядрения синтез и да се намали зависимостта ни от изкопаемите горива“, каза Пател.

Може би най-голямата критика на термоядрения синтез е, че ще отнеме твърде много време, за да се появи онлайн, за да бъде полезен в отговор на изменението на климата.

Но участниците в индустрията вярват, че смелите действия могат да успеят във времето.

„През март Белият дом се съгласи и стартира програма за съвместна работа с частния сектор за откриването на „завод първопроходец“ със смел десетгодишен план“, каза Уайт. „Защо тази времева линия?  Ако работите назад от 2050 г., математиката ви казва кога имате нужда от пилотната инсталация, ако искате синтезът да играе роля в борбата с изменението на климата, въз основа на времето за увеличаване, което ще се изисква. Това ще бъде трудно, но си струва да се опита“.

Още по темата:

Пробив в ядрения синтез: генерира се повече енергия, отколкото се използва за реакция

EPA: GM, Stellantis са най-лошите автомобилни производители по отношение на горивната ефективност