Inertia Enterprises нашла способ ускорить заправку своим термоядерным топливом

Стартап в сфере термоядерного синтеза Inertia Enterprises заявил, что нашел способ сократить время изготовления топливных мишеней с нескольких дней до нескольких минут. 

По словам Inertia, благодаря резкому сокращению времени заправки топливом компания устранила один из десяти барьеров, которые ей необходимо преодолеть для реализации первого этапа планов по созданию коммерческой электростанции. Стартап эксклюзивно показал TechCrunch этот процесс.

Однако этот результат не был гарантирован: инвесторы предоставили Inertia 450 миллионов долларов, исходя из предположения, что компания сможет коммерциализировать технологию, разработанную в Национальном комплексе лазерных термоядерных реакций (NIF), представляющем собой сложный научный эксперимент, для работы которого требуются кропотливое обслуживание и подготовка. В NIF изготовление топливных мишеней может занимать неделю и более и стоить целое состояние. Это не лучший рецепт прибыльного производства.

«Но если действительно вникнуть в детали, возникает вопрос: погодите-ка, они производят всего несколько штук в год, — сказал TechCrunch Джефф Лоусон, сооснователь и генеральный директор Inertia. — Я надел коммерческую шляпу и подумал: погодите-ка, я знаю, как это называется: прототипы».

В Inertia команда занялась превращением этих прототипов в нечто пригодное для массового производства. «Именно поэтому мы нанимаем людей из таких компаний, как Apple, — сказал он. — Есть целая группа промышленных инженеров, которые говорят: “Ладно, видимо, мне придется разобраться, как производить это на фабрике миллиард раз”».

Однако топливная мишень NIF совсем не похожа на iPhone. Снаружи находится сферическая алмазная оболочка, а сразу под ней — тонкий слой замороженных дейтерия и трития, изотопов водорода, способных служить топливом для термоядерного реактора. Внутри кристаллического слоя находится смесь газообразных дейтерия и трития. Каждый твердый слой должен быть максимально близок к идеальной сферической форме. 

Затем эти топливные мишени помещают в золотые оболочки, известные как холраумы, которые преобразуют энергию лазера в рентгеновское излучение, сжимающее находящуюся внутри топливную мишень. Если все идет по плану, это сжатие заставляет атомы сливаться и высвобождать энергию. Однако даже небольшие несовершенства сферической формы могут нарушить процесс зажигания и помешать термоядерной реакции реализовать весь свой потенциал.

Inertia пришлось сжать процесс до уровня, при котором он имеет коммерческий смысл, не слишком отходя от физики, открытой в NIF. 

«Что произойдет, если попытаться делать это быстрее?» — сказал Лоусон. У команды было преимущество на старте: Энни Критчер, соосновательница и главный научный сотрудник Inertia, разработала первый термоядерный эксперимент в NIF, который высвободил больше энергии, чем потребил.

После нескольких этапов разработки стартап смог выращивать кристаллы примерно за 30 минут — в NIF этот процесс мог занимать до недели. В целом одну топливную мишень можно изготовить примерно за два-три часа, а сам процесс можно масштабировать до промышленного уровня. Inertia разработала этот процесс при содействии NIF в составе Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса, с которой стартап создал государственно-частное партнерство.

Однако у Inertia есть преимущество, которого нет у NIF. Поскольку стартап планирует использовать лазер, мощность которого в четыре раза превышает мощность нынешнего лазера NIF, он может допускать больше несовершенств в топливной мишени. Это также помогло ускорить процесс производства.

«На самом деле у нас большой запас прочности, — сказал Лоусон. — Наша стратегия заключается в том, чтобы сделать наш источник энергии, наш лазер, избыточно мощным и получить большой запас прочности для экспериментов со всеми остальными частями системы».

Сокращение времени заправки топливом приводит и к уменьшению количества трития, которое Inertia необходимо хранить в каждый конкретный момент. Тритий радиоактивен, и обращаться с ним нужно осторожно. Кроме того, сейчас он чрезвычайно дорог — около 30 000 долларов за грамм, а его общемировые запасы составляют всего около 25 килограммов, согласно данным журнала Science. 

Как и многие стартапы в сфере термоядерного синтеза, Inertia планирует производить собственный тритий с помощью термоядерных реакций, но для начала ей все равно потребуются определенные запасы. Кроме того, сокращение времени производства позволяет поддерживать небольшой объем запасов. Inertia ожидает, что ее полномасштабная коммерческая электростанция будет использовать десять топливных мишеней в секунду.

«Сокращая задержку на этом этапе, вы уменьшаете размер установки; вы ускоряете весь процесс и делаете его более эффективным», — сказал Лоусон.