انرژی همجوشی این پتانسیل را دارد که بازارهای چند تریلیون دلاری انرژی را دگرگون کند، اما پیش از آن، استارتاپها باید ثابت کنند طرحهای آنها کار میکند و هزینهها بیش از حد بالا نخواهد بود. هیچکدام ساده نیست، بهخصوص وقتی توجه کنیم که نصب آهنرباها و لیزرهای عظیم مورد استفاده در بسیاری از طرحها باید با دقت میلیمتری یا حتی بیشتر انجام شود.
استارتاپ همجوشی Thea Energy میگوید راکتور الهامگرفته از پیکسل و نرمافزار ویژه کنترل آن میتواند بدون نیاز به آن سطح از کمال عملکرد تولید نیرو را داشته باشد.
«لازم نیست از همان ابتدا اینقدر دقیق باشد،» برایان برزین، یکی از بنیانگذاران و مدیرعامل Thea Energy، به خبرنگار گفت. «ما راهی داریم که عیوب را در مراحل بعدی برطرف کنیم.» این حاشیه خطا میتواند به Thea نسبت به رقبا برتری بدهد.
نیروگاههای همجوشی وعده تأمین گیگاواتها برق پاک را به شبکه میدهند، اما هزینه مواد و ساختوساز میتواند آنها را در مقایسه با نیروگاههای ارزان خورشیدی و بادی غیررقابتی کند. با ساخت نیروگاه در ابتدا و برطرف کردن ایرادات در مرحله نرمافزار، Thea میتواند به طور قابل توجهی هزینه انرژی همجوشی را کاهش دهد.
اعتبار عکس: Thea Energy
اما ابتدا این شرکت باید یک نمونه اولیه عملیاتی بسازد. امروز، Thea جزئیات طراحی خود را منتشر میکند که شامل جزئیات فیزیکی زیربنایی آن نیز میشود. این شرکت مقاله خود را به طور اختصاصی با خبرنگار به اشتراک گذاشته است.
Thea در حال ساخت برداشتی خاص از استلراتور است، نوعی ویژه از راکتور که از آهنربا برای شکل دادن به سوخت پلاسمایی استفاده میکند. آهنرباها یکی از دو روش اصلی برای کنترل گرما و نگهداری پلاسمای همجوشی تا بروز واکنش است. روش دیگر که “محبوسسازی لختی” نامیده میشود از لیزر یا نیرویی دیگر برای فشردهسازی گلولههای کوچک سوخت استفاده میکند.
بیشتر استلراتورها با آهنرباهایی ساخته میشوند که ظاهرشان یادآور نقاشیهای سالوادور دالی است. اما طراحی Thea از دوازده آهنربای بزرگ و صدها آهنربای کوچکتر بهره میگیرد تا چیزی شبیه یک استلراتور «مجازی» بسازد.
در یک استلراتور معمولی، آهنرباها به گونهای ساخته میشوند که خطوط خمیده آن شکل، مناسب رفتارهای خاص پلاسما باشد و به محبوس ماندن بهتر آن با مصرف انرژی کمتر نسبت به توکامکها کمک کند. توکامکها از آهنرباهایی با اندازه و شکل یکسان استفاده میکنند. با اینحال، بزرگترین مشکل در استلراتورها شکل نامنظم و دشواری ساخت انبوه آهنرباهاست.
در عوض، Thea راکتور خود را بر مبنای آرایههایی از آهنرباهای کوچک و یکسان ابررسانا طراحی کرده است. این استارتاپ قصد دارد با استفاده از نرمافزار، هر آهنربا را به صورت جداگانه کنترل کند تا میدانهای مغناطیسیای ایجاد شود که بتواند شکل نوسانی یک استلراتور را بازسازی کند.
اعتبار عکس: Thea Energy
این رویکرد چندین مزیت دارد. یکی اینکه به Thea اجازه داده تا به سرعت طراحی آهنرباهای خود را اصلاح کند. طی دو سال گذشته، شرکت بیش از ۶۰ بار این طراحی را تغییر داده است. برزین میگوید: «در اغلب شرکتهای همجوشی، شما با آهنرباهایی روبهرو هستید که ابعادشان به اندازه یک خودرو است یا لیزری به ابعاد یک خودرو یا گوهای به همان اندازه. متأسفانه این یعنی هرکدام ۲۰ میلیون دلار هزینه دارد و ساختشان دو سال طول میکشد.»
همچنین، این رویکرد سبب شده شرکت بتواند با استفاده از کنترل نرمافزاری بر هرگونه عیب در ساخت یا نصب آهنرباها غلبه کند. برای آزمایش سیستم کنترل اولیه، Thea یک آرایه سهدرسه از آهنرباهای خود با سنسورهایی ساخت. این کنترلها بر اساس فیزیک الکترومغناطیس توسعه یافته بودند و عملکرد خوبی داشتند. اما شرکت کنجکاو بود ببیند اگر این کار با هوش مصنوعی انجام شود نتایج چگونه خواهد بود، پس یک کنترل جدید بر پایه یادگیری تقویتی آموزش دادند.
تیم تحقیقاتی از عملکرد شگفتزده شد.
برزین میگوید: «ما عمداً آرایه را در موقعیت دشوار قرار دادیم. عمداً یک آهنربا را بیش از یک سانتیمتر اشتباه نصب کردیم و آشکارا از خط خارج بود. حتی برای خودمان هم ساخت آن با این درجه بدی کار سختی بود.» همچنین تیم نمونههایی از مواد ابررسانا از پنج تولیدکننده مختلف و همچنین مواد معیوب عمدی را امتحان کرد. «هر بار که این کار را کردیم، سیستم کنترل بدون نیاز به تنظیم دستی ما، توانست این عیوب را جبران کند.»
طراحی راکتور Thea با نام Helios از دو نوع آهنربا بهره خواهد گرفت. در بیرون، ۱۲ آهنربای بزرگ در چهار شکل مختلف مسئول اصلی نگهداری پلاسما هستند. این آهنرباها شبیه همانهایی است که در توکامکها استفاده میشود؛ رآکتورهایی به شکل دونات که یکی از رقبا به نام Commonwealth Fusion Systems در حال ساخت آن است. داخل این سیمپیچهای بزرگ، ۳۲۴ آهنربای دایرهای کوچکتر قرار گرفتهاند که وظیفه تنظیم دقیقتر پلاسمای در حال حرکت را دارند.
این استارتاپ پیشبینی میکند که Helios قادر خواهد بود ۱.۱ گیگاوات گرما تولید کند و این گرما توسط یک توربین بخار به ۳۹۰ مگاوات برق تبدیل شود. این راکتور نیاز خواهد داشت هر دو سال برای مدت ۸۴ روز از مدار خارج شود تا عملیات نگهداری انجام گردد. اگر همه چیز طبق برنامه پیش رود، عامل ظرفیت آن (معیاری برای سنجش میزان تولید برق نسبت به بازه زمانی مشخص) ۸۸ درصد خواهد بود. این رقم بسیار بالاتر از نیروگاههای گازی امروزی و تقریباً همسطح نیروگاههای هستهای فعلی است.
Helios همچنان در مرحله مفهومی قرار دارد. Thea باید ابتدا Eos، اولین دستگاه همجوشی خود را بسازد تا پایههای علمی این ایده را اثبات کند. به گفته برزین، این شرکت در سال ۱۴۰۵ مکان استقرار Eos را اعلام خواهد کرد و برنامهریزی برای راهاندازی آن «حدود سال ۱۴۰۹» انجام شده است.
همزمان با ساخت Eos، Thea برنامه دارد بهطور موازی روی Helios نیز کار کند. این رویکرد مشابه با روند پیشروی Commonwealth Fusion Systems است که همزمان روی آرک (اولین نیروگاه تجاری خود) و اسپارک (نیروگاه آزمایشی) کار میکند.
فعلاً برزین منتظر شنیدن نظر جامعه علمی حوزه همجوشی است. او میگوید: «این انتشار مقاله مروری است و بعد از آن مجموعه قابل توجهی از کارها از طریق داوری همتا و انتشار در نشریات دنبال خواهد شد. الان زمان مناسبی است تا همکاریها، مشارکتها و جلب حمایت کاربران نهایی را آغاز کنیم تا بتوانیم اولین نمونه را بسازیم.»
