Посещение Helion Energy, когда регион Сиэтла был окутан дымом

В четверг, 20 октября, я совершил отчетную поездку в Эверетт, штат Вашингтон, чтобы посетить Гелион Энерджи, стартап по слиянию, который привлек почти 600 миллионов долларов от множества относительно известных инвесторов Силиконовой долины, включая Питера Тиля и Сэма Альтмана. У него есть еще 1.7 миллиарда долларов обязательств, если он достигнет определенных показателей производительности.

Поскольку ядерный синтез может производить неограниченное количество чистой энергии без образования долгоживущих ядерных отходов, его часто называют «Святым Граалем» чистой энергии. Однако Святой Грааль остается неуловимым, потому что воссоздание синтеза на Земле таким образом, чтобы генерировать больше энергии, необходимой для запуска реакции и которая может поддерживаться в течение длительного периода времени, до сих пор оставалось недостижимым. Если бы нам удалось коммерциализировать термоядерный синтез здесь, на Земле, и в больших масштабах, все наши энергетические проблемы были бы решены, говорят сторонники термоядерного синтеза. 

Фьюжн также был на горизонте в течение десятилетий, просто вне досягаемости, по-видимому, прочно укоренившимся в техно-утопии, которая существует только в научно-фантастических фэнтезийных романах.

Но посещение огромного рабочего пространства и лаборатории Helion Energy вытащило идею термоядерного синтеза из совершенно фантастического в потенциально реальное для меня. Конечно, «потенциально реальный» не означает, что термоядерный синтез станет коммерчески жизнеспособным источником энергии, питающим ваш дом и мой компьютер в следующем году. Но это больше не похоже на полет на космическом корабле к Плутону.

Прогуливаясь по массивным зданиям Helion Energy в Эверетте, одно из которых уже функционировало, а другое еще строилось, я был поражен тем, как все выглядит обыденно. Повсюду строительное оборудование, машины, шнуры питания, верстаки и бесчисленное множество деталей, похожих на космический корабль. Планы выполняются. Машины дико иностранного вида строятся и испытываются.

Для сотрудников Helion Energy создание термоядерного устройства — это их работа. Ходить в офис каждый день означает складывать часть А в часть В и часть С, возиться с этими частями, тестировать их, а затем добавлять к ним другие части, тестировать их, разбирать эти части, может быть, когда что-то не работает, а потом снова собрать, пока не получится. А затем переходим к части D и части E.

Дата моего визита также имеет отношение к этой истории, потому что она добавила второй слой странного, ставшего реальным, к моему репортажному путешествию. 

20 октября регион Сиэтл-Эверетт был окутан опасным уровнем дыма от лесных пожаров. Индекс качества воздуха в Эверетте составлял 254, что делало его худшим качеством воздуха в мире в то время. IQAir.

«Несколько лесных пожаров в северных Каскадах были вызваны теплыми, сухими и ветреными погодными условиями. Восточные ветры разожгли пожары, а образовавшийся дым погнали на запад, в сторону Эверетта и Сиэтла». Кристи Честер Шредер, сказал мне научный менеджер по качеству воздуха в IQAir North America.

Глобальное потепление помогает разжигать эти пожары, Дениз Л. Мозералл, профессор экологической инженерии и международных отношений в Принстоне, сказал мне.

«Изменение климата способствовало высоким температурам и засушливым условиям, которые преобладали на северо-западе Тихого океана в этом году», — сказал Мозералл. «Эти погодные условия, усугубляемые изменением климата, увеличили вероятность и серьезность пожаров, которые являются причиной крайне плохого качества воздуха».

Это было настолько плохо, что Helion впервые приказала всем своим сотрудникам оставаться дома. Руководство сочло слишком опасным просить их покинуть свои дома.

Обстоятельства моего визита создали неудобную битву. С одной стороны, у меня появилось новообретенное чувство надежды на возможность термоядерной энергии. В то же время я боролся внутренне с глубоким чувством страха перед состоянием мира.

Я был не одинок в ощущении тяжести момента. «Это очень необычно», Крис Пил, соучредитель и главный технический директор Helion, сказал о дыме.

Пил работает над термоядерным синтезом уже почти два десятилетия. Он видел, как она превратилась из области ученых-физиков в область, за которой пристально следят журналисты и которая собирает миллиарды инвестиций. Люди, работающие над термоядерным синтезом, стали крутыми ребятами, героями-неудачниками. Поскольку мы все вместе теряем всякую реальную надежду остаться в пределах целевых 1.5 градусов потепления и поскольку глобальный спрос на энергию продолжает расти, термоядерный синтез — это выход, который иногда кажется единственным решением.

«Это не академический поиск, а альтруистический поиск, и на данный момент, я думаю, он превращается в игру на выживание, учитывая то, как идут дела», — сказал мне Пиль, когда мы сидели в пустом офисе Helion и смотрели на стена сизого дыма. «Значит, это необходимо. И я рад, что это привлекает внимание».

Генеральный директор и соучредитель Дэвид Киртли провел меня по огромному лабораторному пространству, где Helion работает над созданием компонентов для своей системы седьмого поколения Polaris. Каждое поколение доказывало некоторую комбинацию физики и техники, которая необходима, чтобы воплотить в жизнь особый подход Helion к термоядерному синтезу. Прототип шестого поколения, Trenta, был завершен в 2020 году и доказал свою способность достигать 100 миллионов градусов по Цельсию, что является ключевой вехой для проверки подхода Helion.

Polaris должен доказать, среди прочего, что он может получать чистую электроэнергию, то есть производить больше, чем потребляет, и уже начал разработку системы восьмого поколения, которая станет ее первой системой коммерческого уровня. По словам Киртли, цель состоит в том, чтобы продемонстрировать, что к 2024 году Helion сможет производить электроэнергию из термоядерного синтеза, а к концу десятилетия получить электроэнергию в сети.

Отчасти осуществимость подачи термоядерной энергии в электросеть в Соединенных Штатах зависит от факторов, которые Helion не может контролировать, — от создания регулирующих процессов с Комиссией по ядерному регулированию и процессов лицензирования для получения необходимых разрешений на межсетевое соединение, процесс, который Киртли был может варьироваться от нескольких лет до целых десяти лет. Поскольку существует так много нормативных препятствий, необходимых для подключения Fusion к сети, Киртли ожидает, что их первыми платными клиентами, вероятно, будут частные клиенты, например, технологические компании, у которых есть энергоемкие центры обработки данных. Работа с коммунальными службами займет больше времени.

Одна часть системы Polaris, которая выглядит, пожалуй, самой потусторонней для эксперта, не занимающегося термоядерным синтезом (таких как я), — это испытание инжектора Polaris, благодаря которому топливо для термоядерного реактора попадает в устройство.

Возможно, самый известный метод термоядерного синтеза включает в себя токамак, устройство в форме пончика, в котором используются сверхмощные магниты для удержания плазмы, где может произойти термоядерная реакция. Международный совместный термоядерный проект под названием ИТЭР («путь» на латыни) строит огромный токамак на юге Франции, чтобы доказать жизнеспособность термоядерного синтеза.

Гелион не строит токамак. Он строит длинное узкое устройство, называемое Field Reversed Configuration, или FRC, и следующая версия будет иметь длину около 60 футов.

Топливо впрыскивается короткими крошечными импульсами с обоих концов устройства, а электрический ток, протекающий по петле, удерживает плазму. Магниты срабатывают последовательно импульсами, посылая плазму с обоих концов навстречу друг другу со скоростью более миллиона миль в час. Плазмы сталкиваются друг с другом в центральной термоядерной камере, где они сливаются, превращаясь в сверхгорячую плотную плазму, температура которой достигает 100 миллионов градусов по Цельсию. Именно здесь происходит слияние, генерирующее новую энергию. Магнитные катушки, облегчающие сжатие плазмы, также восстанавливают генерируемую энергию. Часть этой энергии перерабатывается и используется для перезарядки конденсаторов, которые первоначально питали реакцию. Дополнительная дополнительная энергия – это электричество, которое можно использовать.  

Киртли сравнивает пульсацию их термоядерной машины с поршнем.

«Ты сжимаешь свое топливо, оно горит очень жарко и очень интенсивно, но недолго. И количество тепла, выделяемое этим маленьким импульсом, больше, чем у большого костра, который горит все время», — сказал он мне. «И поскольку это импульс, поскольку это всего лишь один небольшой импульс высокой интенсивности, вы можете сделать эти двигатели намного компактнее, намного меньше», что важно для снижения затрат.

Идея на самом деле не нова. Это было теоретизировано в 1950-х и 60-х годах, сказал Киртли. Но это было невозможно выполнить, пока не были разработаны современные транзисторы и полупроводники. И Пихл, и Киртли рассматривали термоядерный синтез в начале своей карьеры и не были убеждены, что он экономически выгоден, пока не пришли к этой конструкции FRC. 

Еще один ров, который нужно пересечь: в этой конструкции действительно используется очень редкое топливо. Топливом для подхода Helion является дейтерий, изотоп водорода, который довольно легко найти, и гелий-XNUMX, очень редкий тип гелия с одним дополнительным нейтроном.

«Раньше нам приходилось говорить, что вам нужно отправиться в открытый космос, чтобы получить гелий-XNUMX, потому что он был очень редким», — сказал Критли. Чтобы увеличить масштабы своей термоядерной машины, Helion также разрабатывает способ получения гелия-XNUMX с помощью термоядерного синтеза.

Нет никаких сомнений в том, что у Helion есть много шагов, процессов и нормативных препятствий, прежде чем она сможет принести миру неограниченную чистую энергию, к чему она стремится. Но то, каково это ходить по огромному, широко открытому лабораторному комплексу с одними из самых больших потолочных вентиляторов, которые я когда-либо видел, кажется возможным, чего я никогда раньше не чувствовал. Возвращаясь в тот день в дым, я был так благодарен за эту дозу надежды.

Но большинство людей в тот день не посещали лабораторию Helion Energy. Большинство людей сидели, застряв внутри, или подвергали себя риску снаружи, неспособные видеть горизонт, неспособные увидеть будущее, в котором создание термоядерной машины — это работа, выполняемая подобно механику, работающему в гараже. Я спросил Киртли о борющемся чувстве отчаяния из-за дыма и надежды при сборке термоядерных деталей.

«Иногда когнитивный диссонанс того, что мы видим в мире, и того, что мы строим здесь, довольно экстремальный», — сказал Киртли.

«Двадцать лет назад мы были менее оптимистичны в отношении термоядерного синтеза». Но теперь его глаза светятся, когда он водит меня по лаборатории. «Я очень взволнован. Я становлюсь очень — вы можете сказать — я становлюсь очень энергичным».

Другие молодые ученые также заинтересованы в термоядерном синтезе. В начале недели, когда я был в гостях, Киртли выступал на конференции Отдела физики плазмы Американского физического общества.

«В конце моего выступления я вышел, и со мной пошли 30 или 40 человек, и в коридоре мы полтора часа говорили об отрасли», — сказал он. «Возбуждение было огромным. И во многом это было с молодыми инженерами и учеными, которые являются либо аспирантами, либо постдоками, либо в первые 10 лет своей карьеры, которые действительно в восторге от того, что делает частный бизнес».