بدون فناوری این شرکت، نیروگاه‌های همجوشی آینده شاید هرگز روشن نشوند
حامیان همجوشی هسته‌ای مدت‌هاست وعده داده‌اند که با استفاده از واکنش مشابه خورشید، نیروی تقریباً بی‌حد و حصری را روی زمین ایجاد کنند. امروزه، بزرگترین چالش همجوشی این است که یک نیروگاه همجوشی توان بیشتری نسبت به نیاز خود تولید کند. دومین چالش، اطمینان از داشتن سوخت کافی برای ادامه عملیات است.
بسیاری از رآکتورهای همجوشی برای کار به ترکیبی از دو ایزوتوپ هیدروژن، دوتریوم و تریتیوم، طراحی شده‌اند. (اتم‌های هیدروژن معمولی نوترون ندارند، اتم‌های دوتریوم یک نوترون دارند و اتم‌های تریتیوم دو نوترون دارند.) دوتریوم به میزان کافی در آب دریا یافت می‌شود، اما تریتیوم به‌قدری نادر است که عملاً باید تولید شود.
“در حال حاضر تنها 20 کیلوگرم تریتیوم در سراسر جهان وجود دارد,” گفت کایل شیلر، مدیر عامل Marathon Fusion، به TechCrunch گفت. یک نیروگاه تجاری مقیاس بزرگ برای شروع نیاز به چند کیلوگرم دارد، یعنی جهان تنها به اندازه چند دوجین نیروگاه تریتیوم دارد. استارتاپ او، که به صورت مخفیانه عمل می‌کند، فکر می‌کند راه‌حل این مشکل را پیدا کرده است.
امروزه، تأمین تریتیوم جهانی محصول زباله‌ای تعداد کمی از نیروگاه‌های هسته‌ای است که با شکافت کار می‌کنند، نوعی از نیروگاه هسته‌ای که از نیمه دوم قرن بیستم برای تولید انرژی استفاده می‌شود. فرض کنید دانشمندان بتوانند همجوشی هسته‌ای را برای تولید انرژی پایدار روی زمین به کار بگیرند، اولین نیروگاه‌های همجوشی از این منبع تأمین می‌شوند. رآکتورهای آینده به اولین دسته از نیروگاه‌های همجوشی وابسته خواهند بود که قرار است سوخت اضافی تولید کنند.
“استفاده از دستگاه‌های همجوشی یک فرآیند دو برابر کردن است،” آدام روتکووسکی، مدیر فنی Marathon، گفت. “شما باید به اندازه کافی تریتیوم تولید کنید تا مصرف ثابت دستگاه را حفظ کنید، اما همچنین باید تریتیوم اضافی تولید کنید تا رآکتور بعدی را راه‌اندازی کنید.”
این تولید هنگامی که نوترون‌های آزادشده در طی همجوشی به یک لایه لیتیوم برخورد می‌کنند، اتفاق می‌افتد. برخورد باعث تولید هلیوم و تریتیوم می‌شود و این محصولات از هسته رآکتور خارج می‌شوند تا تصفیه شوند. قسمتی از تریتیوم دوباره به رآکتور تزریق می‌شود، در حالی که بقیه به عنوان سوخت برای رآکتورهای دیگر ذخیره می‌شود.
تجهیزات موجود برای این کار وجود دارد، اما تنها برای کارهای آزمایشی مفید است. این تجهیزات کارآمد و اثرگذار است، اما از آنجا که رآکتورهای آزمایشی تنها برای دوره‌های کوتاه کار می‌کنند، این تجهیزات دارای توان کافی برای یک نیروگاه تجاری نیستند. برای رسیدن به این نقطه، سیستم‌های تصفیه به “چندین مرتبه بزرگی بهبود” نیاز دارند، شیلر گفت.
در اینجا Marathon امید دارد وارد شود. او در حال کار برای بهبود فناوري سوپرپرمیشن با استفاده از فلز جامد برای تصفیه ناخالصی‌ها از هیدروژن است.
این فرآیند به این صورت کار می‌کند: هیدروژن و دیگر ذراتی که باید تصفیه شوند ابتدا به پلاسما تبدیل می‌شوند، اگرچه این پلاسما به اندازه پلاسما داخل رآکتور داغ نیست. با فشار ناشی از خروجی رآکتور، این مواد به فلز ممبران فشرده می‌شوند که اجازه عبور هیدروژن (شامل تریتیوم) را می‌دهد و بقیه مواد را بلوکه می‌کند. همچنین این ممبران هیدروژن را در طرف دیگر فشرده می‌کند، که یک مزیت اضافی است.
“کل ایده این است که حداکثر تواندهی را هر چه سریع‌تر بدست آوری,” روتکووسکی گفت.
روتکووسکی و شیلر چند سالی است که روی این مشکل کار می‌کنند و حمایت‌های اولیه‌ای از برنامه ARPA-E وزارت انرژی و برنامه همکاران انرژی برک‌ثروو دریافت کرده‌اند. به تازگی، Marathon یک دور سرمایه‌گذاری اولیه 5.9 میلیون دلاری را جمع‌آوری کرده است، اعلام کرد که این دور توسط صندوق 1517 و Anglo American رهبری شد و شرکت‌هایی از جمله Übermorgen Ventures، Shared Future Fund و Malcolm Handley نیز مشارکت داشتند.
Marathon گفت که نامه‌هایی از قصد از شرکت‌های Commonwealth Fusion Systems و Helion Energy دارد، دو استارتاپ همجوشی که به ترتیب 2 میلیارد دلار و 607 میلیون دلار جمع‌آوری کرده‌اند.
با توجه به اینکه نیروی تجاری همجوشی هنوز سال‌ها فاصله دارد - اگر امکان‌پذیر باشد - شرط Marathon ممکن است کمی زودهنگام به نظر برسد. در نهایت، تنها یک آزمایش همجوشی به توازن انرژی در معنای علمی رسیده است، که هزینه‌های کلی تسهیلات را نادیده می‌گیرد، چیزی که یک نیروگاه تجاری نمی‌تواند انجام دهد.
شیلر مخالف است که شرکتش از زمان جلوتر است. “ما در طول دهه گذشته همواره متعجب شده‌ایم از اینکه چطور پیشرفت سریع با همجوشی صورت گرفته است,” او گفت. “من واقعاً فکر می‌کنم که اگر یک روز صبح بیدار شویم و به توازن برسیم، آرزو خواهیم کرد که زودتر شروع کرده بودیم.”
