Společnost Helion Energy začíná stavět sedmý prototyp fúzní elektrárny

Společnost Helion Energy začala provádět v Everettu ve státě Washington zemní práce pro nové fúzní zařízení nazvané Polaris.  Zařízení, které bude také vyrábět palivo helium-3, má být dokončeno už v roce 2022. Jiná společnost, General Fusion, bude v mezidobí spolupracovat s Canadian Nuclear Laboratories na vývoji technologie získávání tritia jako paliva pro komerční fúzní elektrárny.

Společnost Helion prohlásila, že nové zařízení urychlí její úsilí o výstavbu první komerčně životaschopné fúzní elektrárny na bázi patentované efektivní pulzní bezzážehové (non-ignition) fúzní technologie. Posledních více než 8 let společnost využila k výzkumu a vývoji nové technologie, která má mít jedinečnou schopnost získávat energii pro potřeby světa. Společnost tvrdí, že její přístup k fúzní technologii se od jiných fúzních řešení liší ve třech hlavních směrech.

• Její pulzní fúzní systém pomůže překonat ty nejobtížnější fyzikální problémy.
• Systém je budován tak, aby přímo získával elektřinu, zatímco jiné fúzní systémy nejprve ohřívají vodu, aby se vytvořila pára, která bude otáčet turbínu a vyrábět elektřinu, což znamená velké ztráty energie.
• Jako palivo se bude používat deuterium a hélium-3, což zaručuje, že systém bude moci být malý a efektivní. V červnu 2021 se společnost stala první soukromou firmou, která prohlásila, že se jí podařilo překročit teplotu 100 milionů °C u jejího šestého fúzního prototypu nazvaného Trenta. Dosahování této teploty je kritický inženýrský milník. Tato teplota je považována za ideální pro fungování komerční fúzní elektrárny. Společnost rovněž oznámila, že její prototyp nedávno ukončil šestnáctiměsíční zkušební kampaň, kdy bylo provedeno téměř 10 000 vysokoenergetických pulsů. 

Technologie 

Technologie společnosti Helion nazvaná Fusion Engine je založená na experimentech IPA (Inductive Plasmoid Accelerator, indukční urychlovač plazmoidů), které firma prováděla od roku 2005 do 2012. Systém teoreticky pracuje s frekvencí 1 Hz, injektuje plazma, stlačí je do fúzních podmínek, expanduje a přímo využije energii pro produkci elektřiny. IPA experimenty prokázaly rychlosti 300 km/s, produkci neutronů a teplotu deuteriových iontů 2 keV. Od roku 2015 Helion zamýšlí použití deuteria a helia-3 jako paliva. Tato směs umožňuje fúzi téměř bez neutronů, pouze 5 % energie je ve formě rychlých neutronů. Helium-3 vzniká při boční reakci deuterium-deuterium, zachytává se a znovu použije, čili odpadne problém s jeho sháněním. Helion má tento proces patentován. 

Mezitím General Fusion nezahálí 

Společnost General Fusion vyvíjí fúzi na bázi technologie MTF (Magnetised Target Fusion), která spočívá v injektáži vodíkové plazmy do oblasti tekutého kovu, kde je stlačena a zahřáta, čímž dojde k fúzi. Teplo z fúze, vytvořené vodíkovými atomy, je převedeno do tekutého kovu. Jiná společnost, Vancouver se sídlem v Kanadě, plánuje demonstrovat technologii MTF na své demonstrační fúzní elektrárně FDP (Fusion Demonstration Plant), která má být postavena v Culham Campus u Oxfordu ve Spojeném království. Menší verze (70 %) FDP, pilotní komerční elektrárna, má zahájit provoz v roce 2025. Demonstrační elektrárna vytvoří fúzní podmínky v prostředí podobajícím se elektrárně (power-plant relevant), ale nebude určena k výrobě elektřiny. FDP bude realizovat jeden plazmový puls za den a bude používat deuteriové palivo, zatímco komerční pilotní elektrárna bude používat palivo deuterium-tritium a bude realizovat jeden plazmový puls za sekundu. Neutrony v reaktoru budou vzájemně reagovat s tekutou kovovou výstelkou (liquid metal liner) fúzní nádoby, která generuje více tritia. 

Společnost General Fusion oznámila, že bude spolupracovat s Canadian Nuclear Laboratories (CNL) na identifikaci nejnadějnějších přístupů k používání tritia ve fúzních energetických systémech, zvláště z hlediska získávání tritia z tekutého kovu k zabezpečení neomezené dodávky tritiového paliva pro použití v budoucích fúzních elektrárnách. Přístup společnosti General Fusion je takový, že v maximální míře využívá existující průmyslové technologie, jako jsou například pneumatické písty, a nespoléhá se na velké supravodivé magnety nebo na drahá laserová zařízení, atd. Cílem této společnosti je do začátku 30. let přinést světu první fúzní energii. 

(O společnosti Helion jsme již krátce psali zde: Termojaderná fúze v soukromých rukách | 3 pól - Magazín plný pozitivní energie (3pol.cz)) 

Zdroj: World Nuclear News, 29.7. 2021.  Helion prepares to build seventh fusion prototype

Poznámka redakce:

Milan Řípa, dlouholetý dopisovatel Třípólu a specialista na energii jaderné fúze, napsal několik poznámek k tomuto článku. Článek byl převzat z renomované agentury jaderných informací World Nuclear News, přesto odborníkovo bystré oko vidí několik nepřesností a srdce velí s nimi polemizovat nebo je uvádět na pravou míru. Přidáváme proto ke 

1) Sedmý prototyp fuzní elektrárny... Od prvního zařízení firmy Helion Energy se jednalo o prototypy fúzní elektrárny? Asi trochu silné tvrzení, zřejmě zatím vždy šlo o experimentální zařízení...

2) Jiná společnost, General Fusion, bude v mezidobí spolupracovat s Canadian Nuclear Laboratories na vývoji technologie získávání tritia jako paliva pro komerční fúzní elektrárny. Zřejmě chybí "... pro budoucí komerční fúzní elektrárny..." Zatím nejblíže ke komerční fúzi je tokamak a ten má technologii plození tritia již dávno rozpracovanou: bombardováním atomů lithia v blanketu (v TBM) fúzními neutrony.

3) Její pulzní fúzní systém pomůže překonat ty nejobtížnější fyzikální problémy: Tvrzení poněkud optimistické či spíše nesmyslné. O jaké problémy se jedná? Všechna fúzní zařízení jsou pulzní až na stellarátor. Ale ani ten ještě nefunguje nepřetržitě. Snaha je mít NEpulzní zařízení!

4) Systém je budován tak, aby přímo získával elektřinu, zatímco jiné fúzní systémy nejprve ohřívají vodu, aby se vytvořila pára, která bude otáčet turbínu a vyrábět elektřinu, což znamená velké ztráty energie. Přímá konverze energie fúze na elektřinu se zvažuje u aneutronových systémů (mluví se o reakci p + ¹¹B). Reakce D + ³He aneutronová není.

5) Jako palivo se bude používat deuterium a hélium-3, což zaručuje, že systém bude moci být malý a efektivní. D + ³He reakce nepotřebuje tritium, ale jinak všechno co vyžaduje reakce DT je zapotřebí i pro reakci D + ³ To, že nebudou zapotřebí TBM, velikost a efektivitu elektrárny příliš neovlivní.

6) V červnu 2021 se společnost stala první soukromou firmou, která prohlásila, že se jí podařilo překročit teplotu 100 milionů stupňů u jejího šestého fúzního prototypu nazvaného Trenta. Tato teplota je považována za ideální pro fungování komerční fúzní elektrárny. Zaleží na typu reakce. Absolutně nelze tvrdit, že teplota 100 mil K je ideální pro komerční fúzní elektrárny bez rozdílu. V čem spočívá kritičnost teploty 100 mil K? Již v roce 1996 dosáhl tokamak TFTR teploty 500 mil K a pro reakci D+T se počítá s teplotou 150 mil K, kterou evropský tokamak JET již dosahuje běžně.

7) Helium-3 vzniká při boční reakci deuterium-deuterium, zachytává se a znovu použije, čili odpadne problém s jeho sháněním. Helion má tento proces patentován. Reakce D+D má dvě větve a v jedné vzniká stejné množství neutronů jako jader ³He! Takže bude-li dost použitelných ³He, bude dost i nechtěných neutronů. Nebo opačně. Uvažuje se o těžbě ³He na Měsíci. Prý se to vyplatí už dnes.

8) Systém teoreticky pracuje s frekvencí 1 Hz… co to znamená "teoreticky pracuje"?

9) IPA experimenty prokázaly rychlosti 300 km/s, produkci neutronů a teplotu deuteriových iontů 2 keV. 2 keV odpovídá 20 mil K. Bod 6 uvádí již dosaženou teplotu 100 mil K.

10) Společnost General Fusion vyvíjí fúzi na bázi technologie MTF (Magnetised Target Fusion), která spočívá v injektáži vodíkového plazmatu do oblasti tekutého kovu, kde je stlačena a zahřáta, čímž dojde k fúzi. V rotující kouli vytvoří tekutá směs lithia a olova trychtýř, do kterého se shora a ze spodu vstřiknou dva plazmoidy, které se v centru koule spojí, načež nový plazmoid doohřeje rázová vlna v tekuté kovové obálce vybuzená pneumaticky mnoha písty.