Частная компания разрабатывает термоядерные реакторы размером с гараж

Ядерный синтез — невероятно сложная научная проблема, к которой исследователи подходят со всех сторон, и компания Zap Energy надеется решить ее с помощью одного из менее известных подходов. Стартап из Сиэтла достиг важной вехи в своей технологии термоядерного синтеза с Z-пинчем и теперь работает над тем, чтобы превратить ее в коммерческую реальность с помощью модульных реакторов размером с гараж, которые можно масштабировать, чтобы доставить эту экспериментальную форму энергии в сеть. Пишет Newatlas.

Исследования ядерного синтеза направлены на воссоздание процесса внутри Солнца, где интенсивное тепло и давление объединяются для создания плазмы, в которой атомные ядра сливаются вместе, высвобождая энергию.

Большая часть усилий в этой области сосредоточена на «подвешивании» потоков плазмы внутри реакторов в форме пончиков или скрученных петель с использованием невероятно сложных и сильных магнитных полей — по этому пути идет ИТЭР, крупнейший в мире термоядерный реактор, который должен начать работу в конце текущего десятилетия.

Технология Z-пинч (или z-зажим) представляет собой совершенно иной путь вперед, но в конечном итоге он может оказаться более дешевым и эффективным.

Это связано с тем, что вместо сложной паутины дорогих магнитных катушек и дорогостоящих экранирующих материалов для их защиты системы Z-пинча полагаются на электромагнитное поле, которое генерируется внутри самой плазмы. Это закрепляет плазму на месте внутри относительно короткого столба и «зажимает» ее, пока она не станет горячей и достаточно плотной для ядерного синтеза.

В 2019 году ученые нашли решение проблем нестабильности, которые преследовали технологию Z-пинча с момента ее создания в 1950-х годах.

Используя то, что известно в гидродинамике как осевой поток сдвига, команда продемонстрировала способ сглаживания потоков плазмы, чтобы предотвратить выпуклости и искажения, которые исторически приводили к их схлопыванию.

Между тем, один из авторов этого исследования, Ури Шумлак, стремился использовать эту технику сдвига осевого потока, чтобы воплотить в жизнь технологию синтеза Z-пинча, став соучредителем Zap Energy в 2017 году. На прошлой неделе компания достигла ключевого результата на своем пути, создав первую плазму внутри прототипа реактора, названного FuZE-Q.

«Z-пинч долгое время был привлекательным способом осуществления ядерного синтеза, но в течение многих лет исследователи считали нестабильность плазмы Z-пинча непреодолимой проблемой, — говорит Ури Шумлак, главный научный сотрудник Zap Energy. - С помощью моделирования и эксперимента мы показали, что сдвиговые потоки могут стабилизировать термоядерную плазму и что стабильность должна распространяться на коммерчески выгодные масштабы. Команда Zap Energy добилась быстрого прогресса с тех пор, как эта технология вышла за пределы лаборатории, особенно с недавним ростом команды и инвестиций».

Команда ранее продемонстрировала плазму с электрическим током 500 килоампер (кА), что было максимальным значением, которое могли выдержать ее предыдущие реакторы-прототипы. Но чем выше ток, тем горячее и плотнее становится плазма, и с учетом этого FuZE-Q следующего поколения рассчитан на ток 650 кА.

Научное моделирование группы показывает, что при таком токе наступает точка называемая Q = 1, в которой произойдет безубыточность, когда энергии, выходящей из устройства, будет больше, чем необходимо для его работы.

«FuZE-Q — это четвертое поколение устройств с Z-образным зажимом, которое мы создали, и, несомненно, оно является самым амбициозным, — говорит Брайан Нельсон, главный технический директор Zap Energy. - Мы разработали его, чтобы он был универсальным, устойчивым и настраиваемым во многих отношениях, которые будут иметь решающее значение, когда мы переходим к более высоким токам, температурам и плотности».

«Чтобы стать практичным источником энергии, нам нужно выйти далеко за рамки точки Q=1, но если вы хотите вовремя получить термоядерный синтез в сети, чтобы изменить планету, тогда возможность быстро итерировать на маленькой, дешевой платформе абсолютно жизненно необходимо, — сказал президент Zap Energy Бендж Конвей. - Мы можем проектировать, создавать и тестировать системы гораздо быстрее, чем другие подходы, и мы параллельно работаем над технологиями, которые нам понадобятся на другой стороне безубыточности».

Zap Energy насчитывает более 60 сотрудников на двух предприятиях недалеко от Сиэтла и поддерживается ведущими финансовыми и стратегическими инвесторами.