Helion Energy külastamine, kui Seattle'i piirkond oli suitsu varjatud

Neljapäeval, 20. oktoobril võtsin ette aruandereisi Everetti, Wash Helioni energia, termotuumasünteesi idufirma, mis on kogunud peaaegu 600 miljonit dollarit suhteliselt tuntud Silicon Valley investoritelt, sealhulgas Peter Thielilt ja Sam Altmanilt. Kui see saavutab teatud toimivuseesmärgid, on sellel veel 1.7 miljardit dollarit kohustusi.

Kuna tuumasünteesil on potentsiaal toota piiramatus koguses puhast energiat ilma kauakestvaid tuumajäätmeid tekitamata, nimetatakse seda sageli puhta energia "pühaks graaliks". Püha Graal jääb siiski tabamatuks, sest termotuumasünteesi taasloomine Maal viisil, mis genereerib rohkem energiat, mis on vajalik reaktsiooni süttimiseks ja mida saab säilitada pikema aja jooksul, on seni jäänud kättesaamatuks. Kui suudaksime termotuumasünteesi turustada ainult siin maa peal ja mastaapselt, oleksid kõik meie energiaprobleemid lahendatud, väidavad termotuumasünteesi pooldajad. 

Ka tuumasünteesi on aastakümneid silmapiiril olnud, lihtsalt kättesaamatult, näiliselt kindlalt kinnistunud tehnoutoopias, mis eksisteerib vaid ulmefantaasiaromaanides.

Kuid Helion Energy tohutu tööruumi ja labori külastamine tõi minu jaoks välja idee termotuumasünteesist täiesti fantastilisest ja potentsiaalselt reaalseks. Muidugi ei tähenda "potentsiaalselt tõeline" seda, et termotuumasünteesi saab järgmisel aastal teie kodu ja minu arvutit toiteks kaubanduslikult tasuv energiaallikas. Kuid enam pole tunnet, nagu lendaks kosmoselaevaga Pluutole.

Kui ma kõndisin läbi Everetti massiivsete Helion Energy hoonete, millest üks oli täielikult töökorras ja üks alles ehitusjärgus, tabas mind see, kui igapäevane kõik välja nägi. Ehitusseadmed, masinad, toitejuhtmed, töölauad ja lugematu hulk kosmoselaeva välimusega komponente on kõikjal. Plaanid täidetakse. Ehitatakse ja katsetatakse metsikult võõrapärase välimusega masinaid.

Helion Energy töötajate jaoks on termotuumasünteesi seadme ehitamine nende töö. Iga päev kontoris käimine tähendab osa A panemist osasse B ja C osasse, nende osadega askeldamist, nende katsetamist ja siis nende osade lisamist, nende katsetamist, nende osade lahti võtmist võib-olla, kui miski ei tööta õigesti. ja seejärel uuesti kokku panema, kuni see kokku läheb. Ja siis liigume D ja E osa juurde.

Minu külastuse kuupäev on ka selle loo jaoks asjakohane, sest see lisas minu reportaažireisile teise kihi kummalist-muutub-reaalseks. 

20. oktoobril kattis Seattle Everetti piirkond ohtliku metsatulekahju suitsuga. Everetti õhukvaliteedi indeks oli 254, mis teeb sellest tol ajal maailma halvima õhukvaliteedi. IQ Air.

"Mitmeid põhjakaskaadides põlenud metsatulekahju põhjustasid soojad, kuivad ja tuulised ilmastikutingimused. Idatuuled süütasid tulekahjud ja ajasid sellest tekkinud suitsu läände Everetti ja Seattle'i piirkonna suunas. Christi Chester Schroeder, ütles mulle IQAiri Põhja-Ameerika õhukvaliteedi teadusjuht.

Globaalne soojenemine aitab neid tulekahjusid kütta, Denise L. Mauzerallütles mulle Princetoni keskkonnatehnika ja rahvusvaheliste suhete professor.

"Kliimamuutused on aidanud kaasa Vaikse ookeani loodeosas sel aastal valitsenud kõrgetele temperatuuridele ja kuivadele ilmastikutingimustele," ütles Mauzerall. "Need ilmastikutingimused, mida kliimamuutused veelgi süvendavad, on suurendanud tulekahjude tõenäosust ja raskust, mis põhjustavad äärmiselt halva õhukvaliteedi."

See oli nii halb, et Helion oli esimest korda kõigil oma töötajatel käskinud koju jääda. Juhtkond pidas liiga ohtlikuks paluda neil oma majad lahkuda.

Minu visiidi asjaolud tekitasid ebamugava lahingu. Ühest küljest oli mul äsja tekkinud lootus termotuumasünteesienergia võimalikkuse suhtes. Samal ajal maadlesin sisemiselt sügava hirmutundega maailma olukorra ees.

Ma ei olnud hetke raskust tundes üksi. "See on väga ebatavaline," Chris Pihl, Helioni kaasasutaja ja tehnoloogiajuht, ütles suitsu kohta.

Pihl on tuumasünteesi kallal nüüdseks tegelenud ligi kaks aastakümmet. Ta on näinud, kuidas see areneb füüsikute akadeemikute valdkonnast valdkonnaks, mida ajakirjanikud jälgivad ja kogub miljardeid investeeringuid. Tuumasünteesi kallal töötavatest inimestest on saanud lahedad lapsed, allajäänud kangelased. Kui me ühiselt lööme mööda igasugusest realistlikust lootusest püsida sihitud 1.5 kraadise soojenemise piires ja kui ülemaailmne energianõudlus kasvab jätkuvalt, on termotuumasünteesi kodujuht, mis mõnikord tundub ainsa lahendusena.

"See on vähem akadeemiline püüdlus, altruistlik püüdlus ja see muutub praegusel hetkel pigem ellujäämismänguks, arvestades asjade edenemist," rääkis Pihl mulle, kui me istusime tühjades Helioni kontorites ja vaatasime halli suitsusein. "Nii et see on vajalik. Ja mul on hea meel, et see tähelepanu pälvib.

Tegevjuht ja kaasasutaja David Kirtley jalutas mind mööda tohutut laboriruumi, kus Helion töötab oma seitsmenda põlvkonna süsteemi Polarise komponentide ehitamise kallal. Iga põlvkond on tõestanud mõningaid füüsika ja tehnika kombinatsioone, mis on vajalikud Helioni spetsiifilise termotuumasünteesi lähenemisviisi elluviimiseks. Kuuenda põlvkonna prototüüp Trenta valmis 2020. aastal ja osutus suutmaks saavutada 100 miljonit kraadi Celsiuse järgi, mis on Helioni lähenemisviisi tõestamise oluline verstapost.

Polarise eesmärk on muuhulgas tõestada, et see suudab saavutada netoelektri, st toota rohkem kui tarbib, ja ta on juba alustanud oma kaheksanda põlvkonna süsteemi kavandamist, mis on tema esimene kaubandusliku kvaliteediga süsteem. Kirtley ütles mulle, et eesmärk on näidata, et Helion suudab 2024. aastaks toota termotuumasünteesi abil elektrit ja saada elektrivõrku kümnendi lõpuks.

Osa tuumasünteesienergia Ameerika Ühendriikide elektrivõrku viimise teostatavusest sõltub teguritest, mida Helion kontrollida ei saa – regulatiivsete protsesside kehtestamine tuumaenergia reguleerimise komisjoniga ja litsentsimisprotsessid nõutavate võrguühenduste heakskiidu saamiseks – protsess, mida Kirtley on teinud. võib ulatuda mõnest aastast kuni kümne aastani. Kuna termotuumasünteesi võrku ühendamiseks on vaja nii palju regulatiivseid tõkkeid, ütles Kirtley, et loodab, et nende esimesed maksvad kliendid on tõenäoliselt erakliendid, näiteks tehnoloogiaettevõtted, millel on energianäljased andmekeskused. Töötamine kommunaalettevõtetega võtab kauem aega.

Üks osa Polarise süsteemist, mis tundub termotuumasünteesi mitteeksperdi (nagu mina) jaoks ehk kõige üle maailma, on Polarise injektorite test, mis tähendab, kuidas termotuumasünteesi reaktori kütus seadmesse jõuab.

Väidetavalt hõlmab kõige tuntum termotuumasünteesimeetod tokamaki, sõõrikukujulist seadet, mis kasutab ülivõimsaid magneteid plasma hoidmiseks, kus termotuumasünteesi reaktsioon võib toimuda. Rahvusvaheline termotuumasünteesi koostööprojekt, nn ITERi (ladina keeles "tee") ehitab Lõuna-Prantsusmaal tohutut tokamaki, et tõestada termotuumasünteesi elujõulisust.

Helion ei ehita tokamaki. See ehitab pikka kitsast seadet nimega Field Reversed Configuration ehk FRC ja järgmine versioon on umbes 60 jalga pikk.

Kütust süstitakse lühikeste pisikeste purskudega seadme mõlemasse otsa ja ahelas voolav elektrivool piirab plasmat. Magnetid tulistavad järjest impulssidena, saates mõlemas otsas olevad plasmad üksteise poole tulistada kiirusega, mis on suurem kui miljon miili tunnis. Plasmad purunevad üksteise vastu keskses termotuumasünteesikambris, kus need ühinevad, et saada ülikuumaks tihedaks plasmaks, mis ulatub 100 miljoni kraadini Celsiuse järgi. Siin toimub sulandumine, genereerides uut energiat. Plasma kokkusurumist hõlbustavad magnetpoolid taastavad ka genereeritud energia. Osa sellest energiast võetakse ringlusse ja kasutatakse reaktsiooni algselt toiteks olnud kondensaatorite laadimiseks. Täiendav lisaenergia on elekter, mida saab kasutada.  

Kirtley võrdleb nende termotuumasünteesi masina pulseerimist kolviga.

"Sa surud kütust kokku, see põleb väga kuumalt ja väga intensiivselt, kuid ainult natuke. Ja soojuse hulk, mis selle väikese pulsi jooksul eraldub, on rohkem kui suur lõke, mis kogu aeg põleb,” rääkis ta mulle. "Ja kuna see on impulss, kuna see on vaid üks väike suure intensiivsusega impulss, saate muuta need mootorid palju kompaktsemaks, palju väiksemaks," mis on oluline kulude vähendamiseks.

Idee pole tegelikult uus. Kirtley ütles, et see teoretiseeriti 1950. ja 60. aastatel. Kuid seda ei olnud võimalik teostada enne, kui töötati välja kaasaegsed transistorid ja pooljuhid. Nii Pihl kui ka Kirtley vaatasid termotuumasünteesi oma karjääri varem ega olnud veendunud, et see on majanduslikult elujõuline, kuni nad jõudsid selle FRC disainini. 

Veel üks vallikraav, mida ületada: see disain kasutab kütust, mis on väga haruldane. Helioni lähenemise kütuseks on deuteerium, vesiniku isotoop, mida on üsna lihtne leida, ja heelium kolm, mis on väga haruldane heeliumi tüüp, millel on üks lisaneutron.

"Me pidime varem ütlema, et heelium kolme saamiseks peate minema avakosmosesse, sest see oli nii haruldane," ütles Kritley. Et võimaldada nende termotuumasünteesi masinat laiendada, töötab Helion välja ka viisi, kuidas heelium kolm termotuumasünteesi abil valmistada.

Pole kahtlustki, et Helionil on palju samme, protsesse ja regulatiivseid takistusi, enne kui ta suudab tuua maailma piiramatult puhast energiat, nagu see tema eesmärk on. Kuid see, mis tunne on kõndida ringi tohutus laiaulatuslikus laboris – koos suurimate laeventilaatoritega, mida ma kunagi näinud olen – tundub võimalik viisil, mida ma varem tundnud ei olnud. Sel päeval tagasi suitsu sisse kõndides olin nii tänulik, et mul oli see annus lootust.

Kuid enamik inimesi sel päeval Helion Energy laboris ei käinud. Enamik inimesi istus sees kinni või seadis end ohtu väljas, ei näinud horisonti, ei näinud tulevikku, kus termotuumasina ehitamine on töö, mida tehakse nagu garaažis töötav mehaanik. Küsisin Kirtleylt selle võitlustunde kohta, mis mind valdas suitsu pärast ja lootust termotuumasünteesi osade kokkupanemisel.

"Kognitiivne dissonants selle vahel, mida me maailmas näeme ja mida me siin ehitame, on üsna äärmuslik," ütles Kirtley.

"Kakskümmend aastat tagasi olime termotuumasünteesi suhtes vähem optimistlikud." Nüüd aga säravad ta silmad, kui ta mind laboris ringi jalutab. "Ma olen väga põnevil. Ma saan väga - võite öelda -, saan väga energiat."

Ka teised noored teadlased on termotuumasünteesi üle põnevil. Selle nädala alguses, kui ma külas käisin, oli Kirtley Ameerika Füüsika Seltsi plasmafüüsika osakonna konverentsil ja pidas ettekande.

"Oma kõne lõpus kõndisin välja ja minuga oli kaasas 30 või 40 inimest ning koridoris rääkisime lihtsalt poolteist tundi tööstusest," ütles ta. «Elevus oli tohutu. Ja suur osa sellest juhtus nooremate inseneride ja teadlastega, kes on kas kraadiõppurid või järeldoktorid, või oma karjääri esimese 10 aasta jooksul, kes on eratööstuse tegemistest väga põnevil.