المواجهة النجمية: Proxima Fusion مقابل Type One Energy

لعقود من الزمن ، كان الانصهار النووي – التفاعل الذي يشغل الشمس – هو حلم الطاقة النهائي. إذا تم تسخيره على الأرض ، فقد يوفر قوة لا نهاية لها خالية من الكربون. لكن التحدي ضخم. يتطلب الانصهار درجات حرارة أكثر سخونة من قلب الشمس وإتقان البلازما – الغاز المحموم الذي تم تجريده من الإلكترونات التي تم تجريدها من إلكتروناتها ، ودمج نوىها. احتوت على أن البلازما لفترة كافية لتوليد الطاقة القابلة للاستخدام ظلت بعيد المنال.

الآن ، اتخذت شركتان-Proxima Fusion من Germany و Tennessee Type One Energy-خطوة كبيرة إلى الأمام ، حيث نشرت مخططات مراجعة من الأقران لتصميماتها النجمية المتنافسة. قبل أسبوعين ، أصدر النوع الأول ست أوراق تقنية في عدد خاص من مجلة فيزياء البلازما. قامت Proxima بالتفصيل مفهوم محطة توليد الطاقة المتكاملة بالكامل ، والتي تسمى Stellaris ، في المجلة هندسة الانصهار والتصميم. تقول كلتا الشركتين إن الأوراق توضح أن أجهزته يمكنها تقديم طاقة الانصهار التجارية.

في قلب كلا النهجين ، يوجد جهاز النجوم ، وهو آلة معقدة بشكل ساحر تستخدم الحقول المغناطيسية الملتوية للحفاظ على البلازما ثابتة. يعد هذا التكوين ، الذي كان يحلم أولاً في الخمسينيات ، ميزة حاسمة: على عكس ابن عمه الأكثر شعبية ، يمكن لـ Tokamak ، أن يعمل النجمي بشكل مستمر ، دون الحاجة إلى تيار داخلي قوي. بدلاً من ذلك ، يستخدم النجوم لفائف مغناطيسية خارجية. يقلل هذا التصميم من خطر الاضطرابات المفاجئة في مجال البلازما الذي يمكن أن يرسل جزيئات عالية الطاقة تصطدم بجدران المفاعل.

الجانب السلبي؟ من الصعب تصميم النجمين ، على الرغم من أبسط من الناحية النظرية ، بشكل سيء التصميم والبناء. التطورات الحديثة في الطاقة الحسابية ، ومغناطيس التوصيل الفائق درجات الحرارة العالية (HTS) ، والتحسين المحسّن من AI لهندسة المغناطيس ، يغيرون اللعبة ، مما يساعد الباحثين على الكشف عن الأنماط التي تؤدي إلى تصاميم أبسط وأسرع وأرخص.

رؤيتان من الانصهار بهدف واحد

في حين أن كلتا الشركتين تتسابق نحو نفس الوجهة – قوة الانصهار التجاري – يميل تركيز Proxima Paper أكثر نحو التكامل الهندسي لمفاعلها ، بينما تكشف أوراق النوع One عن تفاصيل تصميم الفيزياء في البلازما والمكونات الرئيسية لمفاعلها.

تهدف Proxima ، وهي عبارة عن عرض من معهد Max Planck في ألمانيا لفيزياء البلازما ، إلى بناء محطة طاقة من Gigawatt النجمية. يستخدم التصميم مغناطيس HTS وتحسين الذكاء الاصطناعى لتوليد طاقة أكبر لكل وحدة حجم أكثر من النجوم في وقت سابق ، مع تقليل الحجم الكلي بشكل كبير. تقدمت Proxima بطلب للحصول على براءة اختراع على بطانية مبتكرة لتربية المعادن السائلة ، والتي سيتم استخدامها لتربية وقود التريتيوم لتفاعل الانصهار ، من خلال تفاعل النيوترونات مع الليثيوم.

يعد تصميم Stellaris الخاص بـ Proxima Fusion أصغر بكثير من النجوم الآخرين من نفس القوة.proxima الانصهار

يقول Proxima Cofetener وكبير العلماء Jorrit Lion: “هذه هي المرة الأولى التي يضع فيها أي شخص جميع العناصر معًا في مفهوم واحد متكامل تمامًا”. يعتمد التصميم على Wendelstein 7-X Stellarator ، وهو مشروع بقيمة 1.4 مليار يورو (1.5 مليار دولار أمريكي) بتمويل من الحكومة الألمانية والاتحاد الأوروبي ، والذي سجل سجلات لدرجة حرارة الإلكترون ، وكثافة البلازما ، ووقت الحبس للطاقة.

يشتمل تصميم Type One’s Stellarator على ثلاثة ابتكارات رئيسية: مجال مغناطيسي محسّن لاستقرار البلازما ، وتقنيات التصنيع المتقدمة ، ومغناطيس HTS المتطورة. المصنع الذي أطلق عليه اسم Infinity Two مصمم لتوليد 350 ميجاوات من الكهرباء.

مثل مصنع Proxima ، ستستخدم Infinity Two وقود Deuterium-tritium ويبني على الدروس المستفادة من W7-X ، وكذلك مشروع HSX في ويسكونسن ، حيث عمل العديد من مؤسسي النوع واحد قبل تشكيل الشركة. بالشراكة مع سلطة وادي تينيسي ، يهدف النوع الأول إلى بناء Infinity Two في مصنع TVA’s Bull Run Fossil بحلول منتصف الثلاثينيات.

يقول Christofer Mowry ، الرئيس التنفيذي لشركة Type One Energy: “لماذا نحن أول شركة دمج خاصة مع اتفاق لتطوير محطة لتوليد الطاقة بالاندماج مع فائدة؟ لأن لدينا تصميمًا قائمًا في الواقع”. “هذا لا يتعلق ببناء تجربة علمية. هذا يتعلق بتوصيل الطاقة.”

يشير الذكاء الاصطناعي إلى بنية مثالية للمجال المغناطيسي ثلاثي الأبعاد

لقد اعتمدت كلتا الشركتين اعتمادًا كبيرًا على الذكاء الاصطناعي والحوسبة الفائقة لمساعدتهما على وضع الملفات المغناطيسية لتشكيل حقولها المغناطيسية بشكل أكثر دقة. اعتمد النوع الأول على مجموعة من موارد الحوسبة عالية الأداء ، بما في ذلك الحاسوب الخارق في وزارة الطاقة الأمريكية المتطورة في Oak Ridge National Laboratory ، لتشغيل محاكاةها التفصيلية للغاية.

أدى هذا البحث إلى واحدة من أكثر التطورات المثيرة للاهتمام المدفونة في هذه الأوراق: تحرك محتمل نحو الإجماع في مجتمع الفيزياء النجمية حول بنية المجال المغناطيسي ثلاثي الأبعاد المثالي.

كان فريق Proxima دائمًا يتبنى نهج شبه ديناميكي (QI) ، المستخدم في W7-X ، والذي يعطي الأولوية لمكافحة الجسيمات العميقة لحبس البلازما المتفوق. من ناحية أخرى ، قام النوع الأول ، بتصميم تصميماته المبكرة حول التواصل شبه (QS) ، مستوحى من مجموعة HSX ، التي تهدف إلى تبسيط حركة الجسيمات. الآن ، استنادًا إلى أبحاث التحسين الخاصة بها ، يقوم النوع الأول بتغيير المسار.

يقول كريس هيغنا ، منظري النوع الأول ،: “كنا أبطالًا في شبه التماثل”. “لكن المفاجأة كانت أننا لم نتمكن من جعل العمل شبه المتماثل كما كنا نظن أننا قادرون على ذلك. سنواصل إجراء دراسات عن التماثل شبه ، ولكن في المقام الأول يبدو أن Qi هو خيار التحسين البارز الذي سنتبعه.”

تعمل Type One Energy مع سلطة وادي تينيسي لبناء نجمي تجاري بحلول منتصف عام 2010.اكتب طاقة واحدة

الطريق أمام النجوم

حسب هيغنا ، يمكن أن تضع شراكة Type One مع TVA مصنع Fusion النجمي على الشبكة بحلول منتصف عام 2000. ولكن قبل أن تبني Infinity Two ، تخطط الشركة للتحقق من صحة التقنيات الرئيسية من خلال منصة اختبار Infinity One ، التي تم تعيينها للبناء في عام 2026 وتشغيلها بحلول عام 2029.

في هذه الأثناء ، تخطط Proxima لإعادة تصميم Stellaris إلى الحياة بحلول الثلاثينيات من القرن العشرين ، أولاً مع نجمي تجريبي ، أطلق عليه اسم Alpha. تدعي الشركة أن ألفا ستكون أول نجوم يوضح إنتاج الطاقة الصافية في حالة مستقرة. إنه يستهدف ظهوره لأول مرة في عام 2031 ، بعد الانتهاء من مجموعة مظاهرة عام 2027 من الملفات المغناطيسية المعقدة.

تواجه كلتا الشركتين تحديًا مشتركًا: التمويل. جمع النوع الأول 82 مليون دولار ، ووفقًا لـ AXIOS ، يستعد لأكثر من 200 مليون دولار في تمويل السلسلة A ، والتي رفضت الشركة تأكيدها. حصلت Proxima على حوالي 65 مليون دولار في رأس المال العام والخاص.

إذا نجحت الأوراق الأخيرة في بناء الثقة في النجوم ، فقد يكون المستثمرون أكثر استعدادًا لتمويل هذه المشاريع الطموحة. سيحدد العقد القادم ما إذا كانت ثقة كلتا الشركتين في تصميماتهما الخاصة لها ما يبررها ، وما إذا كانت إنتاج طاقة الاندماج من النجوم تتحول من الطموح العلمي إلى الواقع التجاري.