Füzyon endüstrisi gazileri delicesine güçlü lazerlere bahse giriyor

İklim değişikliğinin etkileri daha belirgin hale geldikçe, neredeyse sınırsız bir karbonsuz enerji kaynağı olan nükleer füzyon vaadi yeni bir ilgi dalgası çekiyor. Alan, son zamanlarda grafiklerden ilgi gören yaklaşık 5 milyar dolarlık fon çekti.

Füzyonu ticarileştirmeye yönelik en yeni çabalardan biri, son derece yüksek güçlü lazerler konusunda uzmanlığa sahip bir çift fizik profesörü, Todd Ditmire ve Markus Roth tarafından kurulan yeni Focused Energy’den geliyor. Başlangıç, geçen yaz başladı ve Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’nda 23 yılını geçiren Prav Patel de dahil olmak üzere güçlü bir gazi kadrosuna sahip.

Şimdi girişim, risk sermayesi şirketi Prime Movers Lab’den ve Marc Lore’dan (sırasıyla Amazon ve Walmart’a e-ticaret şirketleri Diapers.com ve Jet.com’u satan), teknoloji yatırımcısı Tony Florence’dan 15 milyon dolarlık erken aşamada finansman elde etti. ve eski Yankee slugger Alex Rodriguez.

Bugün dünyadaki tüm ticari nükleer reaktörlere güç sağlayan nükleer fisyonun aksine, füzyon uzun ömürlü nükleer atık üretmez. Ancak aşırı yüksek sıcaklıklarda sürekli bir reaksiyon gerektiriyor ve onlarca yıllık çabaya rağmen, henüz kimse onu ticari olarak uygun bir enerji kaynağına nasıl dönüştüreceğini çözemedi.

Füzyonu ticarileştirme yarışında iki din var: ultra güçlü mıknatıslar ve tokamak adı verilen yuvarlak bir cihaz kullanan manyetik hapsetme füzyonu ve tipik olarak lazer kullanan eylemsiz hapsetme enerjisi. Prime Movers Lab, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden çıkmış Boston merkezli bir füzyon şirketi olan Commonwealth Fusion Systems’a, manyetik hapsetme füzyonu için en iyi bahis olarak yatırım yaptı. Ortak Carly Anderson’a göre, Odaklanmış Enerji, “koparma” lazer odaklı yaklaşım için en iyi seçimdir.

Öyle olsa bile, güneşe güç veren aynı enerji kaynağını kontrol altına almaya çalışmak çok fazla araştırma ve çaba gerektirecektir.

Nükleer füzyon danışmanı Matthew Moynihan, CNBC’ye verdiği demeçte, “Odaklanmış Enerji, 70 yılı aşkın bir süredir füzyonla ilgili hükümet araştırmalarından yararlanıyor” dedi. Güvenilir bir takımları ve iyi bir planları var, ancak önlerinde zorlu görevler var.”

Ditmire, ilk ultra güçlü petawatt lazer üzerinde çalıştığı ve Roth ile tanıştığı Livermore’da üç yıl çalıştı. 2000 yılında Ditmire, Texas Petawatt Laser’i inşa ettiği Texas Üniversitesi’ne katıldı. Gücünü kavramsallaştırmak zordur.

Dimitre, Haziran ayında yaptığı bir konuşmada, “ABD elektrik şebekesi yaklaşık yarım trilyon watt güç üretiyor. Yani bu yarım terawatt” dedi. “Bir petawatt 1.000 trilyon watt’tır. Yani bir petawatt lazer, Birleşik Devletler elektrik şebekesinin güç çıkışının 2.000 katı ile aynı güce sahiptir.”

Devam etti, “Teksas eyaletine düşen güneş ışığının tüm gücünü alıyorsunuz, bu yaklaşık 140 terawatt. Bu yüzden her zaman Petawatt’ın Teksas güneşinden daha parlak olduğunu söyleyebilirim.”

2010 yılında Ditmire, Austin’de National Energetics adlı bir şirket kurdu ve kendi araştırması için ihtiyaç duyduğu yüksek güçlü lazerleri tasarladı ve üretti. Ditmire, CNBC’ye verdiği demeçte, “2010’da özelleştirilmiş bir güç lazeri alabileceğiniz tek yerin Fransa olduğu ortaya çıktı” dedi.

Şirketin zirvesinde yaklaşık 30 kişilik bir kadroya sahipti. 2014 yılında National Energetics, şirketin bitirme aşamasında olduğu Çek Cumhuriyeti’ne 10 petawatt’lık bir lazer sistemi teslim etmek için 40 milyon dolarlık bir sözleşme kazandı. Bu proje tamamlandıktan sonra şirket de öyle olacak. Ditmire, National Energetics’in tüm fikri mülkiyetini Odaklanmış Enerjiye aktarıyor.

Ditmire, “Gidip daha büyük bir ejderhayı öldürmenin zamanının geldiğine karar verdim,” dedi. “Ve füzyon enerjisinden daha büyük ne ejderha olabilir ki?”

Altı aylık bir süre boyunca Ditmire, lazerlerle füzyonu ticarileştirmek için çalışan başka bir girişim olan Marvel Fusion ile çalıştı. Roth, bir süre Marvel Fusion’da da çalıştı. Marvel Fusion, Ditmire’e göre “ilginç bir konsept” olan yakıt kaynağı olarak proton bor kullanıyor, ancak “gerçek ilgisi” lazer füzyonu ile çalışmak ve hidrojen izotopları döteryum ve trityumdan yapılan yakıtı kullanmaktı.

Böylece Roth ve Ditmire kendi şirketlerini kurmaya karar verdiler.

2009’da Lawrence Livermore, 192 lazer ışınının merkezi bir odaya işaret ettiği ve yıldızların, gezegenlerin ve patlayan bir nükleer silahın merkezinde var olan sıcaklık ve basınç türlerini yaratan Ulusal Ateşleme Tesisi’ni inşa etmeyi bitirdi.

Patel, ekibin birkaç yıl içinde ateşleme adı verilen önemli bir füzyon dönüm noktasına ulaşmasını bekliyordu. CNBC’ye verdiği demeçte Patel, “Hızlı olacağını düşündüm. Ve bu neredeyse 10 yıl önceydi. Sonra sonraki 10 yılı ateşlemeyi sağlamak için harcadık” dedi.

Laboratuvar nihayet 8 Ağustos 2021’de ateşlemeye ulaştı, yani 1,3 megajul enerji üretti. Laboratuardaki Ataletsel Sınırlama Füzyon Programının baş bilimcisi Omar A. Hurricane, CNBC’ye o sırada füzyon endüstrisi için “bir Wright Kardeşler anı” olduğunu söyledi.

Bu doğrulama, gelişmekte olan sektördeki yatırımcılar için önemli bir adımdı.

Anderson, CNBC’ye verdiği demeçte, “NIF atışı, Odaklanmış Enerji’nin yaklaşımı için önemli bir risk unsurunu ortadan kaldırdı.” “Odaklanmış Enerji’nin uygun maliyetli füzyon elde etmesi için ekibin ucuz lazerler ve ucuz füzyon yakıtı geliştirmesi gerekiyor. Bunlar mühendislik zorluklarıdır. Önemli bilimsel risk (sıfırdan yanan plazma üretecek bir makine için gereken plazma fiziği zorluklarını çözmek) emekli oldu.”

Bu dönüm noktası başarısından sonra Patel, Roth ve Ditmire’ın onlara katılma teklifini kabul etmeye istekliydi – daha önce reddettiği bir teklif. Odaklanmış Enerji, hem Ditmire’nin inşa ettiği türden lazerleri hem de Patel’in Lawrence Livermore’da on yıllardır birlikte çalıştığı türden lazerleri kullanacak.

Patel, “Bu yakıtı sıkıştırmak için NIF’deki gibi geleneksel uzun darbeli lazerlerimiz var. Ve sonra, Todd’un bahsettiği bu yoğun proton demetini üretmek için bahsettiği Petawatt lazerlerimiz var” dedi. O zaman amaç, yakıtı bir kıvılcımla tutuşturmaktır. Patel, ideal olarak, bu yakıtın kendi kendine yanmaya devam ettiğini – buna “yayılan yanık” denir – yakıtın geri kalanını kaynaştırmak için dedi.

“Bu, potansiyel olarak NIF’den iki veya üç kat daha küçük lazerlerle potansiyel olarak 30 kat daha fazla enerji elde edebileceğiniz bir şema.”

Ditmire’e göre, manyetik hapsetme füzyonunun aksine lazer ateşlemeli füzyon kullanmanın avantajlarından biri, hafif radyoaktif bir izotop olan sadece küçük trityum topakları kullanmasıdır.

Şirket çok erken aşamalarda ve önünde önemli zorluklarla karşı karşıya.

CNBC’ye verdiği demeçte Moynihan, “Ucuz ve güvenilir bir şekilde küçük füzyon yakıtı topakları üretebilmeleri ve bunları sıkıştırma için bir haznenin içine yerleştirebilmeleri gerekiyor. Bir kez kaynaştırıldıktan sonra ortaya çıkan füzyon enerjisini güvenli, ekonomik ve güvenilir elektriğe dönüştürmek zorundalar.” “Bütün bunların, NRC (Nükleer Düzenleme Komisyonu) tarafından yazılan füzyon için yasal çerçeveler içinde yapılması gerekiyor ve bu kurallar hala gelişiyor.”

Focused Energy, 2030 yılına kadar bir ateşleme tesisi ile füzyon sürecini kanıtlamayı hedefliyor. Bunun inşası 3 milyar dolara mal olacak. Şimdiye kadar toplanan 15 milyon dolar, Austin’deki Texas Üniversitesi’ndeki bir lazer sistemine ve Almanya’nın Darmstadt kentinde deneysel tesisler inşa etmeye harcanacak.

Ditmire, 2030’lardaki demo enerji santrallerinin “tasavvur edilemez” olduğunu söyledi. “Ve bu çok geç değil. Muhtemelen tam zamanında. Muhtemelen oyalanacak vaktimiz yok, ama tam zamanında.”

Bir ticari füzyon tesisi, Focused Energy’nin inşası için yaklaşık 5 milyar dolara mal olacak. Ama para şu anda füzyon halinde akıyor. Ditmire’ın Texas Petawatt lazerini inşa etmek için 15 milyon dolar kazanması için Washington DC’ye gidip, Hill’de lobi yapması dört yılını aldı. Ditmire, “Dört yıl çalışmamı aldı. Biliyorsunuz, dışarı çıktık ve 4 Zoom çağrısıyla 15 milyon dolar topladık” dedi. “Yatırımcı ilgisi çarpıcıydı.”

Füzyon endüstrisi, yatırımcıların enerjinin “kutsal kasesine” olan ilgilerinin devam etmesine bağlıdır.

Ditmire, “Devlerin omuzlarında duruyoruz” dedi. “Ancak zaman değişiyor, bu da bilimin ilerleme hızının hızlanması gerektiği ve gerçekleşeceği yer özel sektör olduğu anlamına geliyor.”

Ditmire için de kişisel. “Bu benim varoluş nedenim CNBC’ye verdiği demeçte, “İşte bu kadar bebeğim. Bu Mordor’daki ejderha.”