HB11 се доближава до ядрения синтез от изцяло нов ъгъл, използвайки високомощни и прецизни лазери вместо температури от сто милиона градуса, за да започне реакцията. Първото му демо е произвело 10 пъти повече реакции на синтез от очакваното и компанията казва, че сега е „единственият търговски обект, който е постигнал синтез досега“, което го прави „глобален лидер в надпреварата за комерсиализация на светия граал на чистата енергия“.
Преди това разгледахме подробно иновациите на австралийската компания HB11 за водородно-борен лазерен синтез, но си струва накратко да обобщим какво прави тази компания толкова различна от останалата част от областта. За да разбиете атомите достатъчно силно, за да ги накарате да се слеят и да образуват нов елемент, трябва да преодолеете невероятно силните отблъскващи сили, които разтласкват две положително заредени ядра. Това е като да хвърляте мощни магнити един към друг в космоса, надявайки се да разбиете два северни полюса заедно, вместо да ги карате просто да танцуват един на друг.
Слънцето постига това, като разполага с огромно количество водородни атоми, опаковани в плазма, която е прегрята до десетки милиони градуси в основата си. Топлината е мярка за кинетичната енергия – колко бързо група от атоми или молекули се движат или вибрират. При тези температури водородните атоми се движат толкова бързо, че се удрят един в друг и се сливат, освобождавайки енергията, която затопля нашата планета.
Повечето конструкции на термоядрени реактори имат за цел да възпроизведат тези условия, като магнитно ограничават водородните атоми в плазмата и след това използват жиротрони и друго специализирано оборудване за създаване на малки джобове с безумни температури – над 100 милиона °C (180 милиона °F) – в които те надявам се, че ще получат достатъчно произволни сблъсъци между ядрата, за да създадат верижна реакция. Това е основната идея, която е в основата на многомилиардните проекти за стеларатори и токамак, които доминират в изследванията на термоядрения синтез от десетилетия.
HB11
HB11 използва различен подход, който е по-близо до удар за снукър. Не изисква огромни количества топлина или трудни радиоактивни горива като тритий. Вместо това, той се възползва от последните постижения в ултрамощните лазери с „усилване на импулсния импулс“, които могат да произвеждат чудовищни, безпрецедентни нива на мощност над 10 петвата.
Реакторът HB11 би представлявал предимно празна метална сфера, със “скромен размер” борна горивна пелета, държана в средата, и отвори на две места върху сферата за чифт лазери. Един лазер ще се използва за създаване на магнитно задържащо поле за плазмата, а вторият се използва за масово ускоряване на водородните атоми през борната проба. Така че не нагрявате нещата с надеждата, че ще се сблъскат на скорост, вие буквално насочвате водорода точно към бора и използвате тези безкрайни лазери, за да го накарате да върви толкова бързо, че да се слее, ако удря ядро.
Сливането на водород-бор не създава топлина, а просто създава “голи” хелиеви атоми или алфа-частици, на които липсват електрони и по този начин са положително заредени. HB11 планира просто да събере този заряд, за да създаде енергия, вместо да се нуждае от прегряване на парата и задвижване на турбини със загуби. Не се създават ядрени отпадъци.
HB11
Първоначалните експерименти върху лазерно задействани верижни реакции върнаха скоростта на реакцията милиард пъти по-висока от очакваната, което накара HB11 да твърди през 2020 г., че „има голям шанс да достигне целта за нетна печалба на енергия доста пред другите групи“.
„Тъй като не се опитваме да загряваме горива до невъзможно високи температури, ние заобикаляме всички научни предизвикателства, които са задържали енергията на синтеза в продължение на повече от половин век“, каза ни тогава управляващият директор на HB11 д-р Уорън Маккензи. „Това означава, че нашата пътна карта за развитие ще бъде много по-бърза и по-евтина от всеки друг подход за синтез.“
Можете да видите защо това е много вълнуваща компания, която трябва да следите, а днешните новини придават допълнителна академична достоверност на идеята. В ново изследователско проучване, водено от водещия учен на HB11 Energy Димитри Батани и сътрудника Даниеле Маргароне и финансирано от Министерството на образованието, младежта и спорта на Чешката република и консорциума EUROfision на ЕС, технологията на HB11 е демонстрирана в Института по лазерно инженерство на университета в Осака.
Проучването, публикувано в рецензираното списание Приложни наукипоказа това, което HB11 твърди, че е „първият в света „материален“ брой реакции на синтез от частна компания, произвеждащи десет пъти повече реакции на синтез от очакваното въз основа на по-ранни експерименти в същото съоръжение“.
Експерименталната инсталация включваше къс импулсен, високоенергиен лазер от петават клас, настроен на “релативистки интензитети” около 3 x 1019 Ш/см2. Това беше фокусирано върху повърхността на парче борен нитрид с дебелина 0,2 mm. Параболен спектрометър на Томпсън беше поставен надолу за измерване на протонни/йонни плазмени емисии и плазмените йони бяха отклонени от паралелни електрически и магнитни полета, за да бъдат записани върху плоча за изображения. Детектор на ядрена писта беше използван, за да преброи колко алфа частици са създадени чрез синтез.
Margarone et al
„Резултатите, представени в тази работа“, гласи изследването, „предоставят първото доказателство за принципна експериментална демонстрация на ефективно генериране на α-частици от p–B синтез, използвайки лазер от PW-клас и геометрия „в целта“. Потокът на α-частици е ~1010/sr, следователно с един порядък по-висок от предишните резултати, които са получени със същите параметри на лазера, но в геометрията „питчър-кечер“. Това постижение е в съответствие с експерименталния напредък в p-B синтеза, който е докладван през последните 15 години, и потвърждава предимството на задействането на p-B реакции на синтез с помощта на схема на директно облъчване, поне по отношение на потока на α-частици “
Изследователите направиха “сурова” оценка, че около 1,4 x 1011алфа частиците са създадени чрез синтез, като се отбелязва, че това е “ясно подценяване” поради диагностични ограничения. Те отбелязаха, че „общата ефективност на преобразуване на процеса (енергия на лазера към алфа частици) е все още ниска“, на около 0,005 процента, но заявиха, че резултатите „позволяват качествената подкрепа на основния механизъм“ и предлагат много възможности за по-нататъшни изследвания.
„Самата демонстрация на реакции на синтез е невероятно вълнуваща“, каза Маккензи в съобщение за пресата. „Но на всичкото отгоре, неочаквано големият брой реакции допълнително ни дава важна информация за това как да оптимизираме нашата технология, за да увеличим допълнително енергията на синтез, която можем да създадем.
Margarone et al
„Изследванията на HB11 Energy показаха, че неговата водородно-борна енергийна технология вече е на четири порядъка от постигането на нетна печалба от енергия, когато се катализира от лазер“, се казва в съобщението за пресата. “Това е с много порядки по-високи от тези, докладвани от която и да е друга термоядрена компания, повечето от които не са генерирали никаква реакция, въпреки милиардите долари, инвестирани в областта. Резултатите показват голям потенциал за генериране на чиста енергия: реакциите на водород-бор използват горива които са безопасни и в изобилие, не създават неутрони в първичната реакция, така че причиняват незначителни количества краткотрайни отпадъци и могат да осигурят широкомащабна мощност за електричество в мрежата с базово натоварване или производство на водород.”
„Тъй като HB11 Energy е единствената търговска единица, която е постигнала синтез досега“, продължава изданието, „той сега е глобалният лидер в надпреварата за комерсиализация на светия граал на чистата енергия“.
Компанията също така използва случая като шанс да подтикне австралийското правителство за повече местна подкрепа и оборудване – по-специално като поиска инвестиция в лазерно съоръжение от клас петават.
Изследването е с отворен достъп в списанието Приложни науки.
Източник: HB11
