ФУТХИЛЛ-РАНЧ, КАЛИФОРНИЯ — В пригородном технопарке к югу от Лос-Анджелеса, исследователи сделали значительный шаг к освоению с ядерным синтезом — процесс, который мог обеспечить богатую, дешевую, и чистую энергию. Конфиденциально финансируемая компания по имени Трай Альфа Энерджи построила машину, формирующую шар перегретого газа — приблизительно в 10 миллионах градусов Цельсия — и считающую его устойчивым для 5 миллисекунд, не распадаясь далеко. Это может казаться простым мерцанием глаза, но это намного более длинно, чем другие усилия с методом и показывает впервые, что возможно держать газ в устойчивом состоянии — исследователи остановленный только, когда их машина исчерпала сок.
“Они преуспели наконец в достижении срока службы, ограниченного только энергией, доступной системе”, говорит физик частицы Бёртон Рихтер из Стэнфордского университета в Пало-Альто, Калифорния, кто сидит на консультативном совете Трай Альфе. Если ученые компании могут измерить метод до более длительных времен и более высоких температур, они достигнут стадии, в которой атомные ядра в газе сталкиваются достаточно сильно для плавления вместе, выпуская энергию.“Пока Вы не учитесь управлять и приручать [горячий газ], он никогда не собирается работать.
В том отношении это – грандиозное предприятие. Они, кажется, нашли способ приручить его”, говорят парк Jaeyoung, глава конкурирующего стартапа сплава Energy/Matter Conversion Corporation в Сан-Диего. “Следующий вопрос состоит в том, как хорошо может Вы ограничивать [тепло в газе].
Я даю им презумпцию невиновности. Я хочу наблюдать их в течение следующих 2 или 3 лет”.Несмотря на то, что другие компании по запуску также пытаются достигнуть сплава с помощью подобных методов, главные усилия в этой области являются огромными финансируемыми правительством проектами, такими как Международный термоядерный экспериментальный реактор (ITER) за $20 миллиардов, в процессе строительства во Франции международным сотрудничеством и Национальном средстве воспламенения (NIF) американского Министерства энергетики за $4 миллиарда в Ливерморе, Калифорния. Но стоимость расцвета и сложность таких проектов заставляют многих сомневаться, что они будут когда-либо производить растения, которые могут генерировать энергию по доступной стоимости.
И подобные усилия Трай Альфы проявляют другой подход, обещающий более простые, более дешевые машины, которые могут быть разработаны более быстро. Значительно, машина Трай Альфы может быть в состоянии работать с различным топливом, чем большинство других реакторов сплава. Это топливо — соединение водорода и бора — более твердо реагировать, но исследователи Трай Альфы говорят, что это избегает многих проблем, вероятно, для противостояния стандартным электростанциям сплава. “Они – то, где они – то, потому что люди в состоянии полагать, что они могут заставить [водородный бор] реактор работать”, говорит плазменный физик Дэвид Хэммер из Корнелльского университета, также советник Трай Альфы.
Но горящее топливо водородного бора требует действительно огромных температур, больше чем 3 миллиарда градусов Цельсия, и это будет «очень сложно», говорит плазменный физик Джон Менард из Лаборатории Физики Плазмы Принстона в Нью-Джерси, не вовлеченный в проект. Он говорит, что очень трудно предсказать, как газ будет вести себя при более высоких температурах. “Я немного обеспокоен, что их [моделирования] отстают от их опыта”, говорит он, но подход “стоит дальнейшего расследования”.Как другие методы сплава, устройство Трай Альфы стремится ограничивать газ, столь горячий, что его атомы лишены электронов, произведя смесь загрязнения электронов и ионов, известных как плазма.
Если ионы сталкиваются с достаточной силой, они соединяются, преобразовывая часть их массы в энергию, но это требует, чтобы температуры по крайней мере 100 миллионов градусов Цельсия со стандартным топливом, достаточно горячим, расплавили любой контейнер. Таким образом, первая проблема для реакторных проектировщиков состоит в том, как ограничить плазму, не касаясь ее. Средства как NIF быстро интегрируют плазму, полагаясь на ее внутреннюю инерцию для удерживания его достаточно долго для взрыва реакций сплава. ПРОХОД, напротив, считает плазму устойчивой сильными магнитными полями в камере формы пончика известный как токамак.
Часть области обеспечивается сложной сетью магнитов со сверхпроводящей обмоткой, остальных самой плазмой, текущей вокруг кольца как электрический ток.Машина Трай Альфы также производит пончик плазмы, но в нем поток частиц в плазме производит все магнитное поле, скрепляющее плазму. Этот подход, известный как полностью измененная областью конфигурация (FRC), был известен с 1960-х. Но несмотря на десятилетия работы, исследователи могли заставить капли плазмы длиться только приблизительно 0,3 миллисекунды, прежде чем они разбились или таяли.
В 1997 канадски родившийся физик Норман Ростокер из Калифорнийского университета, Ирвин и коллеги предложили новый подход. В следующем году они настраивают Трай Альфу, теперь базируемую в обыкновенном — и немаркированный — промышленная единица здесь.
При создании от настольных устройств к прошлому году компания нанимала 150 человек и работала с C-2, труба 23 метра длиной, окруженная магнитами, и изобиловала управляющими устройствами, диагностическими инструментами и образующими пучка частиц. Машина формирует два кольца дыма плазмы, одна близость каждый конец, составляющим собственность процессом и увольняет их к середине почти в миллионе километров в час. В центре они сливаются в больший FRC, преобразовывая их кинетическую энергию в тепло.Предыдущие попытки создать длительный FRCs были изведены двойными демонами, мучающими всех проектировщиков реактора сплава.
Первой является турбулентность в плазме, позволяющей горячим частицам достигать края и так позволяющей теплу убежать. Второй нестабильность: факт, что горячей плазме не нравится ограничиваться и так изгибы и выпуклость в попытках освободиться, в конечном счете разбиваясь в целом. Rostoker, теоретик, работавший во многих отделениях физики включая физику элементарных частиц, полагал, что раствор лежит в увольнении быстродействующих частиц мимоходом в край плазмы.
Стремительные иммигранты следовали бы за намного более широкими орбитами в магнитном поле плазмы, чем местные частицы; те широкие орбиты действовали бы как защитная раковина, укрепляя плазму и против пропускающей тепло турбулентности и против нестабильности.Чтобы заставить его работать, бригада Трай Альфы должна была точно управлять магнитными условиями вокруг края сигарообразного FRC, который является целым 3 метра длиной и 40 сантиметров шириной.
Они сделали это путем сочинения плазмы в с магнитными полями, сгенерированными электродами и магнитами в каждом конце длинной трубы.В экспериментах, выполненных в прошлом году, c-2 показал, что Rostoker был на правильном пути путем производства FRCs, продлившегося 5 миллисекунд, больше чем 10 раз продолжительность, ранее достигнутая. “Через 8 лет они пошли от пустой комнаты до FRC длительность 5 миллисекунд. Это – довольно значительный прогресс”, говорит Молоток. FRCs, однако, все еще распадались в течение того времени.
Исследователи должны были показать, что они могли пополнить потерю тепла лучами и создать стабильный FRC. Таким образом, прошлой осенью они демонтировали C-2. В сотрудничестве с Институтом России Budker Ядерной Физики в Академгородке они обновили систему пучка частиц, увеличив ее энергию с 2 мегаватт до 10 мегаватт и повернув лучи для лучше использования их энергию.
Обновленный C-2U вернулся в операции к марту. На симпозиуме сегодня в память о Rostoker, умершем в декабре, главный инженер Трай Альфы Микль Биндербоер объявил, что к июню новая машина производила FRCs длительность 5 миллисекунд без признака порчи; они остались тем же размером повсюду.Биндербоер говорит, что в следующем году они разорвут C-2U снова и построят почти совершенно новую машину, более крупную и с еще более сильными лучами, назвал C-2W. Цель состоит в том, чтобы достигнуть дольше FRCs и, более кардинально, более высокая температура.
10-кратное увеличение температуры принесло бы им в сферу вспыхивающих реакций в стандартном топливе сплава, смеси водородного дейтерия изотопов и трития, известного как D-T. Но это не их цель; вместо этого, они работают к намного более высокому бруску сплава водородного бора, который потребует температур иона выше 3 миллиардов градусов Цельсия.У исследователей есть несколько причин желания пойти что дополнительная миля. Во-первых, тритий не происходит естественно на Земле, таким образом, это должно быть сделано путем бомбардирования лития с нейтронами.
Физики планируют сделать это в реакторах сплава, которые будут однажды потреблять тритий, но никто не показал, что такой процесс практичен. Поскольку реакции D-T также производят большие количества богатых энергией нейтронов, реакторам нужно толстое ограждение. Но нейтроны все еще ухудшают структуру реактора и делают его радиоактивным.
Исследователи еще не знают, будет ли возможно счесть твердые радиацией материалы способными к выживанию нападения. Многие думают, что они делают сплав D-T непрактичным для коммерческого реактора. “Я не провел бы 10 лет на [Консультация Альфы тримарана] комитет, если это работало над системой D-T”, говорит Рихтер.Водородный бор, сначала, не выглядит намного более многообещающим. “Требуется в 30 раз больше энергии приготовить, и Вы получаете вдвое меньше энергии за частицу”, говорит Биндербоер. Но бор в изобилии, и реакция не производит нейтронов, всего три альфа-частицы (ядра гелия) — следовательно название компании.
Топливо водородного бора “делает конверсию к электричеству намного легче и более простой”, говорит Рихтер.Говорит один инвестор в компании, попросивший не быть названным, “впервые, так как мы начали вкладывать капитал с этим прорывом, которому похоже, камень начинает катиться под гору вместо того, чтобы быть увеличенным она”.
*Обновление, 25 августа, 13:52: Эта статья была обновлена с цитатой из парка Jaeyoung.(Видео кредит: Трай Альфа Энерджи)