Стартап в сфере ядерного синтеза Inertia Enterprises заявил, что ему удалось сократить время изготовления топливных капсул с нескольких дней до нескольких минут на отдельных этапах процесса, а при подсчёте всего процесса — с недели или более примерно до двух или трёх часов на одну капсулу. Компания считает, что это достижение устраняет одно из десяти препятствий, которые ей необходимо преодолеть до строительства рентабельной коммерческой электростанции на основе термоядерного синтеза.
Inertia использует технологию, разработанную на объекте National Ignition Facility (NIF), сложном исследовательском комплексе, принадлежащем Национальной лаборатории имени Лоуренса Ливермора (Lawrence Livermore National Laboratory). Изготовление топливных капсул на NIF занимало неделю или более и требовало значительных затрат, поскольку объект производит ограниченное количество капсул в год для экспериментальных целей, а не для снабжения электростанции промышленного масштаба.
От экспериментальной модели к процессу, пригодному для производства
Jeff Lawson, соучредитель и генеральный директор компании, заявил, что Inertia рассматривала капсулы NIF как прототипы, которые необходимо превратить в продукт, пригодный для массового производства. Поэтому компания привлекла промышленных инженеров, в том числе сотрудников, нанятых из таких компаний, как Apple, чтобы переработать процесс с учётом многократного производства на заводе.
Капсула состоит из сферической оболочки из алмаза, за которой следует тонкий замороженный слой дейтерия и трития — двух изотопов водорода, используемых в качестве топлива для синтеза. Внутри кристаллических слоёв находится газовая смесь этих двух изотопов. Слои должны быть чрезвычайно близки к идеальной сферической форме, поскольку небольшие дефекты могут помешать зажиганию и ограничить выработку энергии.
Затем капсула покрывается золотой оболочкой, известной как hohlraum, которая преобразует энергию лазера в рентгеновское излучение, сжимающее топливо. При успешном протекании процесса атомы сливаются и высвобождают энергию. Поэтому Inertia должна была ускорить производство, не слишком отклоняясь от физических характеристик, подтверждённых экспериментами NIF.
Что меняется на практике?
После нескольких этапов разработки компания заявила, что смогла выращивать кристаллы примерно за 30 минут вместо периода, который на NIF мог достигать недели. Она также усовершенствовала процесс совместно с NIF в рамках государственно-частного партнёрства и утверждает, что его можно масштабировать до промышленного уровня.
Inertia планирует использовать лазер, мощность которого в четыре раза превышает мощность нынешнего лазера NIF. Компания заявляет, что дополнительная энергия обеспечивает больший запас, позволяющий допускать определённую степень дефектов в капсулах, что также помогло сократить время производства. По словам Lawson, увеличение мощности лазера является частью стратегии компании по созданию эксплуатационного запаса в остальных компонентах системы.
Влияние сокращения времени на тритий и размер электростанции
Ускорение производства капсул влияет не только на производительность. Тритий — радиоактивный материал, требующий особой осторожности при обращении, к тому же он очень дорог: цена грамма составляет около 30 000 долларов, тогда как мировой запас, согласно журналу Science, не превышает примерно 25 килограммов.
Inertia намерена производить собственный тритий с помощью реакций синтеза, однако для запуска ей потребуется первоначальный запас. Сокращение времени изготовления капсул уменьшает количество трития, которое необходимо хранить в каждый конкретный момент. Компания ожидает, что её крупная коммерческая электростанция будет потреблять десять топливных капсул в секунду, поэтому время производства и хранения станет практическим фактором, влияющим на размер и эффективность объекта, но само по себе не решит остальные задачи, необходимые для создания рентабельной электростанции.