00:39 19-08-2022 91 lượt xem

Những người kỳ cựu trong ngành công nghiệp nhiệt hạch đặt cược vào những tia laser cực mạnh

Những người kỳ cựu trong ngành công nghiệp nhiệt hạch đặt cược vào những tia laser cực mạnh

Bên trong cái được gọi là khoang khuếch đại của Texas Petawatt Laser, nơi năng lượng của một xung laser được tăng cường. Ánh sáng màu xanh lá cây là các tia laser bơm khuếch đại hoặc tăng cường năng lượng của tia laser chính.

Ảnh lịch sự Todd Ditmire

Khi những tác động của biến đổi khí hậu trở nên rõ ràng hơn, lời hứa về phản ứng tổng hợp hạt nhân – một nguồn năng lượng hầu như không có carbon – gần như không giới hạn – đang nhận được một làn sóng chú ý mới. Lĩnh vực này đã thu hút được gần 5 tỷ đô la tài trợ, với sự quan tâm gần đây ngoài bảng xếp hạng.

Một trong những nỗ lực mới nhất để thương mại hóa nhiệt hạch đến từ công ty khởi nghiệp Năng lượng tập trung, được thành lập bởi một cặp giáo sư vật lý có chuyên môn về laser công suất cực cao. Công ty khởi nghiệp ra mắt vào mùa hè năm ngoái và đã thu thập được một đội ngũ cựu chiến binh hùng hậu, bao gồm Prav Patel, người đã làm việc 23 năm tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore, và hai nhà khoa học khác cũng làm việc tại đó, Todd Ditmire và Markus Roth.

Giờ đây, công ty khởi nghiệp này đã ghi được 15 triệu đô la trong khoản tài trợ ban đầu từ công ty đầu tư mạo hiểm Prime Movers Lab, cộng với Marc Lore (người đã bán các công ty thương mại điện tử Diapers.com và Jet.com cho Amazon và Walmart), nhà đầu tư công nghệ Tony Florence, và cựu slugger Yankee Alex Rodriguez.

Không giống như phản ứng phân hạch hạt nhân, cung cấp năng lượng cho tất cả các lò phản ứng hạt nhân thương mại trên thế giới ngày nay, phản ứng tổng hợp không tạo ra chất thải hạt nhân lâu dài. Nhưng nó đòi hỏi một phản ứng bền vững ở nhiệt độ cực cao, và bất chấp nhiều thập kỷ nỗ lực, vẫn chưa ai tìm ra cách biến thành một nguồn năng lượng khả thi về mặt thương mại.

Có hai tôn giáo đang chạy đua để thương mại hóa phản ứng tổng hợp: phản ứng tổng hợp từ tính, sử dụng nam châm cực mạnh và một thiết bị tròn gọi là tokamak, và năng lượng giam giữ quán tính, thường sử dụng tia laze. Phòng thí nghiệm Prime Movers đã đầu tư vào Commonwealth Fusion Systems, một công ty nhiệt hạch có trụ sở tại Boston, tách ra từ Viện Công nghệ Massachusetts, là đặt cược tốt nhất cho phản ứng tổng hợp giam giữ từ tính. Theo Carly Anderson, đối tác Carly Anderson, Năng lượng tập trung là lựa chọn hàng đầu cho phương pháp tiếp cận điều khiển bằng laser “đột phá”.

Prav Patel (L) và Todd Ditmire, hai trong số các nhà khoa học hàng đầu tại Năng lượng tập trung.

Ảnh lịch sự Năng lượng tập trung

Mặc dù vậy, việc cố gắng chứa cùng một nguồn năng lượng cung cấp năng lượng cho mặt trời sẽ đòi hỏi rất nhiều nghiên cứu và nỗ lực.

Matthew Moynihan, một nhà tư vấn nhiệt hạch, nói với CNBC: “Năng lượng tập trung đang tận dụng hơn 70 năm nghiên cứu của chính phủ về nhiệt hạch. “Họ có một đội đáng tin cậy và một kế hoạch tốt, nhưng họ có những thử thách khó khăn ở phía trước.”

Tia laze cực mạnh

Ditmire đã làm việc tại Livermore trong ba năm, nơi ông làm việc trên tia laser petawatt cực mạnh đầu tiên và gặp Roth. Năm 2000, Ditmire gia nhập Đại học Texas, nơi ông đã chế tạo Texas Petawatt Laser. Sức mạnh của nó là khó có thể khái niệm hóa.

Dimitre giải thích trong một cuộc trò chuyện hồi tháng 6: “Lưới điện của Mỹ sản xuất khoảng nửa nghìn tỷ watt điện. Vậy đó là nửa terawatt”. “Một petawatt là 1.000 nghìn tỷ watt. Vì vậy, một petawatt laser có công suất tương đương 2.000 lần sản lượng điện của lưới điện Hoa Kỳ.”

Anh ấy tiếp tục, “Bạn lấy tất cả công suất của ánh sáng mặt trời chiếu xuống bang Texas, nó vào khoảng 140 terawatt. Vì vậy, tôi luôn nói Petawatt sáng hơn mặt trời Texas.”

Todd Ditmire, đứng cạnh bộ khuếch đại quang học, một phần quan trọng của tia laser Texas Petawatt.

Ảnh lịch sự Todd Ditmire

Năm 2010, Ditmire thành lập một công ty ở Austin có tên National Energetics để thiết kế và chế tạo loại laser công suất cao mà anh cần cho nghiên cứu của riêng mình. “Hóa ra là vào năm 2010, nơi duy nhất bạn có thể có được một tia laser công suất tùy chỉnh là từ Pháp”, Ditmire nói với CNBC.

Vào thời kỳ đỉnh cao của công ty, công ty có đội ngũ nhân viên khoảng 30. Năm 2014, National Energetics đã giành được hợp đồng trị giá 40 triệu đô la để cung cấp hệ thống laser 10 petawatt cho Cộng hòa Séc, công ty đang trong giai đoạn hoàn thiện cuối cùng. Sau khi dự án đó được hoàn thành, công ty cũng vậy. Ditmire đang chuyển tất cả tài sản trí tuệ từ National Energetics thành Năng lượng Tập trung.

“Tôi quyết định đã đến lúc phải ra tay và giết một con rồng lớn hơn”, Ditmire nói. “Và có thể có con rồng nào lớn hơn năng lượng nhiệt hạch?”

Trong khoảng thời gian sáu tháng, Ditmire đã làm việc với Marvel Fusion, một công ty khởi nghiệp khác đang làm việc để thương mại hóa phản ứng tổng hợp với laser. Roth cũng đã làm việc tại Marvel Fusion trong một thời gian. Theo Ditmire, Marvel Fusion đang sử dụng proton boron làm nguồn nhiên liệu.

Vì vậy, Roth và Ditmire quyết định thành lập công ty riêng của họ.

Xây dựng dựa trên nhiều thập kỷ nghiên cứu của chính phủ

Vào năm 2009, Lawrence Livermore đã hoàn thành việc xây dựng Cơ sở Đánh lửa Quốc gia, nơi 192 chùm tia laser hướng tới một buồng trung tâm, tạo ra các loại nhiệt độ và áp suất tồn tại ở trung tâm của các ngôi sao, hành tinh và một vũ khí hạt nhân phát nổ.

Các thiết bị được xem bên trong buồng mục tiêu tại Cơ sở Đánh lửa Quốc gia (NIF) tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore ở Livermore, California, Hoa Kỳ, vào thứ Sáu, ngày 29 tháng 5 năm 2009. NIF sẽ sử dụng 192 tia laser nhằm vào một mục tiêu nhỏ chứa đầy hydro để nghiên cứu phản ứng nhiệt hạch.

Tony Avelar | Bloomberg | những hình ảnh đẹp

Patel kỳ vọng nhóm sẽ đạt được mốc nhiệt hạch quan trọng, được gọi là đánh lửa, trong vòng vài năm. Patel nói với CNBC: “Tôi nghĩ nó sẽ nhanh thôi. Đó là gần 10 năm trước. Sau đó, chúng tôi đã dành 10 năm tiếp theo để đánh lửa”.

Phòng thí nghiệm cuối cùng đã bắt đầu đánh lửa vào ngày 8 tháng 8 năm 2021, có nghĩa là nó đã tạo ra 1,3 megajoules năng lượng. Omar A. Hurricane, nhà khoa học chính của Chương trình nhiệt hạch giam giữ quán tính tại phòng thí nghiệm nói với CNBC vào thời điểm đó rằng đây là “khoảnh khắc của Anh em nhà Wright” đối với ngành công nghiệp nhiệt hạch.

Việc xác nhận đó là một bước quan trọng đối với các nhà đầu tư trong ngành công nghiệp non trẻ.

Anderson nói với CNBC: “Cú đánh NIF đã loại bỏ một yếu tố rủi ro chính đối với cách tiếp cận của Năng lượng Tập trung”. “Để Năng lượng Tập trung đạt được sự nhiệt hạch hiệu quả về chi phí, nhóm cần phát triển tia laser rẻ tiền và nhiên liệu nhiệt hạch rẻ tiền. Đây là những thách thức về mặt kỹ thuật. Rủi ro khoa học đáng kể (giải quyết các thách thức vật lý plasma cần thiết cho một cỗ máy sản xuất plasma cháy từ đầu) đã đã nghỉ hưu. “

Sau thành tích quan trọng đó, Patel sẵn sàng giải trí cho Roth và Ditmire đề nghị tham gia cùng họ – một lời đề nghị trước đó anh đã từ chối. Năng lượng tập trung sẽ sử dụng cả loại laser mà Ditmire đã chế tạo và loại mà Patel đã làm việc trong nhiều thập kỷ tại Lawrence Livermore.

Patel cho biết: “Chúng tôi có các loại laser xung dài thông thường như ở NIF để nén nhiên liệu này. Và sau đó chúng tôi có các loại laser Petawatt mà Todd đang đề cập đến để tạo ra chùm proton cường độ cao này,” Patel nói. Mục đích sau đó là đốt cháy nhiên liệu bằng tia lửa. Lý tưởng nhất là nhiên liệu đó tiếp tục tự cháy – được gọi là “đốt cháy lan truyền” – để đốt cháy phần còn lại của nhiên liệu, Patel nói.

“Đó là một kế hoạch có khả năng với tia laser nhỏ hơn NIF hai hoặc ba lần, bạn có thể thu được năng lượng gấp 30 lần.”

Bên trong bình chân không máy nén, một thành phần trung tâm của

Ảnh lịch sự Todd Ditmire

Theo Ditmire, một trong những lợi thế của việc sử dụng phản ứng tổng hợp đánh lửa bằng tia laze, trái ngược với phản ứng tổng hợp giam giữ từ trường, là nó chỉ sử dụng các viên nhỏ tritium, một đồng vị phóng xạ nhẹ.

Nó sẽ được thực hiện kịp thời để chống lại biến đổi khí hậu?

Công ty đang trong giai đoạn đầu và phải đối mặt với những thách thức đáng kể phía trước.

Moynihan nói với CNBC: “Họ cần có khả năng tạo ra những viên nhiên liệu nhiệt hạch nhỏ với giá rẻ và đáng tin cậy và đặt chúng vào bên trong buồng để nén. “Tất cả những điều này cần phải được thực hiện trong khuôn khổ pháp lý về phản ứng tổng hợp được viết bởi NRC (Ủy ban Điều tiết Hạt nhân) và những quy tắc đó vẫn đang tiếp tục phát triển.”

Năng lượng tập trung đặt mục tiêu chứng minh quá trình nhiệt hạch của mình với một cơ sở đánh lửa vào năm 2030. Điều đó sẽ tiêu tốn 3 tỷ đô la để xây dựng. 15 triệu đô la thu được cho đến nay sẽ được chi cho một hệ thống laser tại Đại học Texas ở Austin và xây dựng các cơ sở thí nghiệm ở Darmstadt, Đức.

Cơ sở nghiên cứu và thử nghiệm mới của Focused Energy đang được xây dựng tại Darmstadt, Đức.

Ảnh lịch sự Năng lượng tập trung

Ditmire cho biết các nhà máy điện thử nghiệm vào những năm 2030 là “không thể tưởng tượng nổi”. “Và điều đó không quá muộn. Có lẽ là đúng lúc. Chúng ta có thể không có thời gian để đánh nhau, nhưng nó rất đúng lúc.”

Một cơ sở nhiệt hạch thương mại sẽ tiêu tốn của Focused Energy khoảng 5 tỷ đô la để xây dựng. Nhưng tiền đang chảy vào hợp nhất ngay bây giờ. Ditmire đã mất 4 năm ngược xuôi tới Washington DC, vận động hành lang trên Hill, để có được 15 triệu đô la Mỹ để chế tạo tia laser Petawatt ở Texas. “Tôi đã mất 4 năm làm việc. Bạn biết đấy, chúng tôi đã ra ngoài và huy động được 15 triệu đô la với 4 lần gọi Zoom”, Ditmire cho biết. “Sự quan tâm của các nhà đầu tư chỉ là tuyệt vời.”

Ngành công nghiệp nhiệt hạch phụ thuộc vào sự quan tâm liên tục của các nhà đầu tư đối với “chén thánh” năng lượng.

“Chúng tôi đứng trên vai của những người khổng lồ,” Ditmire nói. “Nhưng thời gian đang thay đổi, có nghĩa là tốc độ mà tiến bộ khoa học đã xảy ra sẽ phải tăng tốc, và nơi sắp xảy ra là ở khu vực tư nhân.”

Đối với Ditmire, đó cũng là vấn đề cá nhân. “Nó là raison d’être của tôi trong sự nghiệp của tôi để biến điều này thành hiện thực trước khi kết thúc sự nghiệp “, anh ấy nói với CNBC.” Chính là nó, em yêu. Đây là con rồng ở Mordor. “

Nguồn: CNBC
Dịch bởi: tapchiso.com

THEO DÕI CHÚNG TÔI TRÊN: FACEBOOK | TELEGRAM | TWITTER | YOUTUBE
Bài viết liên quan