Satu anekdot diketahui: peleburan nuklear akan dua puluh tahun lagi. Akan sentiasa dalam dua puluh tahun. Lelucon ini, sekarang tidak lagi lucu, tumbuh dari keyakinan para saintis yang pada tahun 1950-an (dan pada setiap dekad berikutnya) percaya bahawa peleburan nuklear hanya 20 tahun lagi. Kini anekdot ini dianggap serius oleh syarikat permulaan - yang berasal dari MIT (Massachusetts Institute of Technology), sebuah institusi yang sangat dihormati dan terkenal: Commonwealth Fusion Technologies. Permulaan itu berjanji untuk melancarkan reaktor peleburan nuklear yang berfungsi dalam 15 tahun. Menjanjikan tenaga yang murah, bersih dan tidak terhad yang akan menyelesaikan semua krisis bahan bakar fosil dan perubahan iklim. Oleh itu, mereka mengatakan: "sumber tenaga yang berpotensi tidak habis-habis dan bebas karbon."
Satu-satunya masalah: kami pernah mendengar perkara ini sebelumnya. Apa yang berbeza kali ini?
Klise terkenal lain adalah mengenai tenaga pelakuran. Ideanya mudah: anda meletakkan matahari di dalam botol. Yang tinggal hanyalah membina sebotol. Tenaga peleburan memberi tenaga kepada bintang-bintang, tetapi memerlukan keadaan panas dan lebat untuk plasma berfungsi.
Sejumlah besar tenaga dapat dibebaskan apabila dua nukleus cahaya menyatu bersama: gabungan deuterium-tritium, yang dilakukan sebagai sebahagian daripada eksperimen ITER, memancarkan 17.6 MeV setiap tindak balas, sejuta kali lebih banyak tenaga per molekul daripada yang anda dapati dari letupan TNT. Tetapi untuk melepaskan tenaga ini, anda perlu mengatasi tolakan elektrostatik yang kuat antara inti, yang kedua-duanya bermuatan positif. Interaksi yang kuat pada jarak dekat menyebabkan perpaduan yang melepaskan semua tenaga ini, tetapi inti mesti dibawa sangat dekat - pada femtometer. Pada bintang, ini berlaku dengan sendirinya kerana tekanan graviti kolosal pada bahan, tetapi di Bumi ini lebih sukar.
Mula-mula anda perlu mencuba mencari bahan yang akan bertahan setelah terdedah kepada suhu ratusan juta darjah Celsius.
Plasma terdiri daripada zarah bermuatan; jirim dan elektron dihanyutkan. Ia dapat ditahan di tempat oleh medan magnet yang melipat plasma menjadi bulatan. Manipulasi dengan medan magnet juga memungkinkan untuk memampatkan plasma ini. Pada tahun 1950-an dan 1960-an, muncul generasi keseluruhan peranti dengan nama eksotik: Stellarator, Maybeatron, Z-Pinch, yang direka untuk ini. Tetapi plasma yang mereka cuba tahan tidak stabil. Plasma sendiri menghasilkan medan elektromagnetik, ia dapat digambarkan oleh teori magnetohidrodinamik yang sangat kompleks. Penyimpangan atau kecacatan sedikit pada permukaan plasma dengan cepat tidak terkawal. Singkatnya, peranti tidak berfungsi seperti yang diharapkan.
Kesatuan Soviet mengembangkan peranti tokamak yang menawarkan prestasi yang jauh lebih baik. Pada masa yang sama, laser diciptakan, memungkinkan untuk jenis sintesis baru - sintesis dengan kurungan inersia.
Dalam kes ini, tidak perlu lagi menahan pembakaran plasma di medan magnet; perlu memampatkannya dengan letupan menggunakan laser dalam waktu yang singkat. Tetapi percubaan dengan kurungan inersia juga mengalami ketidakstabilan. Mereka telah beroperasi sejak tahun 1970-an dan suatu hari mungkin akan berjaya, tetapi yang terbesar hingga kini, Makmal Pencucuhan Nasional di Livermore, California, tidak pernah mencapai titik pulang modal di mana lebih banyak tenaga akan dihasilkan daripada yang dibelanjakan.
Video promosi:
Sebilangan besar harapan disematkan di ITER, tokamak pelekapan magnet terbesar di dunia, yang masih dalam pembinaan.
Pemaju projek berharap dapat menyalakan plasma dalam 20 minit untuk menghasilkan tenaga 500 MW dengan input nominal 50 MW. Eksperimen peleburan penuh dirancang untuk tahun 2035, tetapi masalah dengan kerjasama antarabangsa antara AS, USSR (ketika itu masih), Jepun dan Eropah telah menyebabkan kelewatan yang panjang dan pengurangan anggaran. Projek ini lewat 12 tahun dan berharga $ 13 bilion. Ini tidak biasa bagi projek yang memerlukan pemasangan besar.
Menurut rancangan ITER, reaktor fusi termonuklear pertama, yang akan beroperasi sebagai loji kuasa, menyala dan menyokong peleburan, DEMO, harus mula beroperasi pada tahun 2040 atau bahkan 2050. Dengan kata lain, peleburan nuklear … akan dua puluh tahun lagi. Terdapat kecenderungan untuk menyelesaikan masalah dengan ketidakstabilan dengan membina semakin banyak kemudahan. ITER akan lebih besar daripada JET, dan DEMO akan lebih besar daripada ITER.
Selama bertahun-tahun, banyak pasukan telah mencabar kerjasama antarabangsa dengan reka bentuk yang lebih kecil. Soalannya bukan kepantasan, tetapi kepraktisan. Sekiranya benar-benar memerlukan berbilion-bilion dolar dan puluhan tahun untuk membina reaktor peleburan, adakah ia akan bernilai sama sekali? Siapa yang akan membayar pembinaannya? Mungkin pada saat tokamak berfungsi, kombinasi panel solar dan bateri baru akan memberi kita tenaga yang akan lebih murah daripada yang dibuat di tokamak. Beberapa projek - malah "fusion sejuk" yang terkenal - ternyata palsu atau tidak berfungsi.
Yang lain memerlukan perhatian lebih. Permulaan dengan reka bentuk reaktor fusi baru - atau, dalam beberapa kes, versi percubaan lama yang disemak semula.
Tri Alpha menjangka akan bertabrakan awan plasma dalam struktur yang mengingatkan pada Large Hadron Collider, dan kemudian menahan plasma sintesis dalam medan magnet cukup lama untuk merobohkan dan menghasilkan tenaga. Mereka berjaya mencapai suhu dan suhu plasma yang diperlukan dalam beberapa milisaat, dan juga mengumpulkan lebih daripada $ 500 juta modal teroka.
The Lockheed Martin Skunk Works, yang terkenal dengan projek rahsia mereka, membuat percikan pada tahun 2013 dengan mengumumkan bahawa mereka sedang mengusahakan reaktor pelekap 100 MW bersaiz enjin jet. Pada masa itu, mereka menyatakan bahawa prototaip akan siap dalam lima tahun. Sudah tentu, mereka tidak mendedahkan perincian reka bentuk. Pada tahun 2016, disahkan bahawa projek ini mendapat dana, tetapi banyak yang telah kehilangan kepercayaan dan skeptis.
Dan dengan latar belakang semua aib ini, para saintis MIT memasuki gelanggang. Bob Mumgaard, CEO Commonwealth Fusion Energy, mengatakan: “Kami berkomitmen untuk mendapatkan stesen kerja tepat waktu untuk memerangi perubahan iklim. Kami fikir sains, kepantasan dan penskalaan projek akan memakan masa lima belas tahun."
Projek baru MIT mematuhi reka bentuk tokamak, seperti yang telah dilakukan pada masa lalu. Peranti SPARC sepatutnya menghasilkan 100 MW tenaga dalam denyutan kurungan 10 saat. Sudah tentu dapat memperoleh tenaga dari denyutan nadi sebelumnya, tetapi titik impas adalah apa yang benar-benar menarik para saintis.
Sos istimewa dalam kes ini adalah magnet superkonduktor suhu tinggi baru yang terbuat dari oksida tembaga-barium-tembaga. Memandangkan HTSM dapat membuat medan magnet yang lebih kuat pada suhu yang sama dengan magnet konvensional, adalah mungkin untuk memampatkan plasma dengan daya input yang lebih rendah, peranti magnet yang lebih rendah, dan mencapai keadaan sintesis pada peranti yang 65 kali lebih kecil daripada ITER. Itu rancangannya. Mereka berharap dapat mencipta magnet superkonduktor dalam tiga tahun akan datang.
Para saintis optimis: "Strategi kami adalah menggunakan fizik konservatif berdasarkan kerja selama puluhan tahun di MIT dan di tempat lain," kata Martin Greenwald, pengarah bersekutu Pusat Sains Plasma dan Fusion di MIT. "Jika SPARC mencapai prestasi yang diharapkan, naluri saya menentukan bahawa ia dapat ditingkatkan ke pembangkit listrik yang sebenarnya."
Terdapat banyak projek dan syarikat permulaan lain yang juga menjanjikan untuk memotong semua jenis tokamaks dan anggaran kolaborasi antarabangsa. Adalah sukar untuk mengatakan sama ada mana-mana daripada mereka akan menemui ramuan rahsia untuk sintesis, atau adakah ITER, dengan beratnya dalam komuniti saintifik dan sokongan negara, akan menang. Masih sukar untuk mengatakan kapan dan jika pelakuran akan menjadi sumber tenaga terbaik. Sintesis sukar. Beginilah sejarah menunjukkan.
Ilya Khel
