Енергията на бъдещето: Стартъпът за термоядрен синтез, подкрепян от Бил Гейтс, започва лицензиране на технологиите си

Проектът Infinity One на Type One Energy отбелязва прехода от изкопаемите горива към чистия термоядрен синтез

Следващата стъпка в усилията на Съединените щати в областта на термоядрения синтез започна тихо миналия месец, когато стартъпът Type One Energy, финансиран от Бил Гейтс, подаде първото си заявление за лиценз за строителство. Заявлението проправя пътя за изграждането на експериментален реактор тип „стеларатор“.

В продължение на шест десетилетия централата Bull Run Fossil Plant в Клакстън, Тенеси, снабдява региона с електроенергия от изкопаеми горива. Миналата година централата беше извадена от експлоатация, като двата комина на централата бяха разрушени по време на контролирано взривяване. Тяхното падане не просто премахна една историческа забележителност от пейзажа на Тенеси; то символизира новопоявилата се роля на щата във високотехнологичните енергийни иновации. Изданието Popular Mechanics съобщава, че на мястото скоро ще бъдат разположени сложните магнитни намотки на Infinity One – термоядрен реактор, проектиран да задържа плазма с температура до 100 милиона градуса по Целзий.

Сърцето на технологията: Свръхпроводящите магнити

Дизайнът на Type One Energy силно се различава от реакторите тип „токамак“, които са по-познати в света на термоядрения синтез, и вместо това е създаден по схемата на стеларатора. Подобно на токамака, стелараторът съдържа тороидален плазмен пръстен, поддържан от магнитни полета. Но вместо обикновени кръгли намотки, стелараторите изкривяват магнитната си геометрия в сложни маршрути. Този подход обещава много по-стабилно задържане – решаване на проблем, който от десетилетия пречи на експериментите с токамак – но внася много по-голяма инженерна сложност.

Ключова част от подхода на Type One е използването на високотемпературни свръхпроводящи магнити в тези сложни намотки. Компанията разработва модулна технология за HTS магнити, способни да пропускат много силни токове и да създават мулти-тесла магнитни полета в изкривените форми, които са необходими на стелараторите. Тези намотки работят при криогенни температури, предназначени да уплътнят силните магнитни полета в по-компактни размери, което е от основно значение за поддържане на размера, както и на цената на устройството в разумни граници. Програмите за тестване са фокусирани върху доказването на това, че тези непланарни HTS намотки могат да издържат на механичните натоварвания и силата на полето, изисквани от следващото поколение стеларатори.

Концепцията за стеларатора на Type One разчита на оптимизация на квазисиметрията – стратегия за проектиране, която извайва триизмерното поле по такъв начин, че орбитите на частиците да се държат така, сякаш са в по-симетрична конфигурация. За да постигне това, екипът използва широкомащабни плазмени и магнитостатични симулации на високопроизводителни изчислителни системи, включително машини от клас Exascale в националните лаборатории.

Компанията използва тези симулации, за да усъвършенства формите на намотките, да намали загубите при преноса и да създаде физическата основа за последващата електроцентрала Infinity Two, като същевременно намалява риска, преди да изгради хардуера. Infinity One е прототипът на проекта, който в крайна сметка ще включва 350-мегаватова електрическа централа, наречена Infinity Two, както и център за обучение на новите кадри в областта на термоядрения синтез.

Целта на Type One е прототипът да бъде пуснат в експлоатация до 2029 г. – амбициозен срок за стандартите в областта на термоядрения синтез. Infinity Two е замислена като пълноценна пилотна електроцентрала, с архитектура, в която са предвидени дивертори за изхвърляне на хелиевата „пепел“ и защита на стените, като се използват разделителни обвивки, които едновременно екранират магнитите и генерират тритий за гориво.

Няколко от основателите на Type One са участвали в проектирането на големи плазмени съоръжения, включително Helically Symmetric Experiment в Университета на Уисконсин-Медисън и германския Wendelstein 7-X, най-големия действащ стеларатор в света. Експериментите на Wendelstein 7-X и други оптимизирани стеларатори вече показаха подобрена плътност и намален некласически пренос в сравнение с по-ранните проекти, което подкрепя идеята, че оптимизираните стеларатори могат да се доближат до производителността на токамака, като същевременно запазят своите предимства на стабилност и устойчивост на прекъсванията.

Главният изпълнителен директор на Type One Кристофър Моури нарече сътрудничеството с Tennessee Valley Authority модел за „безопасност чрез проектиране“.

„Работим в тясно сътрудничество от февруари 2024 г., като споделяме съответната проектна информация и знанията, които са от съществено значение за установяване на подходящите лицензионни условия за термоядрена електроцентрала“,

отбеляза той.

Моури описа партньорството като превръщащо Тенеси в международен пример за безопасност и прозрачност при лицензирането на термоядрени съоръжения.

Бъдещето на „изкуственото слънце“ през 2026 година

Трансформацията на Bull Run се вписва в един по-широк модел, който се наблюдава в енергийното преустройство на САЩ. Form Energy разположи първия си завод за производство на желязо-въздушни батерии в бившия стоманодобивен град Уейртън, Западна Вирджиния. Междувременно разработчиците в Линкълн, щата Мейн, превръщат една от затворените фабрики за хартия в най-голямата в света инсталация за батерии.

Друга компания, подпомагана от Гейтс, TerraPower, изгражда централа за напреднал термоядрен синтез в близост до излязъл от експлоатация въглищен завод в Кеммерер, Уайоминг. Неядреното строителство на съоръжението започва през юни 2024 г. Вместо да изхвърлят инфраструктурата от ерата на въглеродните емисии, инженерите я преработват за физиката на по-екологично чистата епоха.

През 2026 г., когато светът е под натиск за бърза декарбонизация, термоядреният синтез се очертава като единственото дългосрочно решение, способно да замени изцяло фосилните горива без проблемите на радиоактивните отпадъци от конвенционалните ядрени централи. Лицензирането на тези технологии е „стартовият пистолет“ за нова енергийна ера, в която енергийната независимост може да се превърне в реалност за всяка държава с достъп до модерна инженерна мисъл.