Дълбоко под пустинята Невада през 80-те години САЩ провеждат тайни ядрени изследвания.
Сред експериментите е опит да се види дали ядреният синтез, реакцията, която захранва Слънцето, може да бъде предизвикана на Земята в контролирана обстановка.
Експериментите са класифицирани, но е широко известно сред физиците, че резултатите са били обещаващи.
Това знание привлича вниманието на двама млади студенти, работещи в Националната лаборатория в Лос Аламос в края на 2000-те години, Конър Галоуей и Александър Валис.
Лабораторията в Лос Аламос първоначално е създадена през 1943 г. като строго секретно място за разработване на първите ядрени оръжия.
Намира се в близост до Санта Фе, Ню Мексико, сега е правителствено съоръжение за научноизследователска и развойна дейност на САЩ.
Когато Алекс и аз научихме за тези тестове в Лос Аламос, реакцията ни беше като уау, инерционният синтез вече работи!.
Лабораторни пелети са били запалени, детайлите са били класифицирани, но достатъчно публично, че ние знаехме, че запалването е постигнато, казва г-н Галоуей.
Ядреният синтез е процес на сливане на водородни ядра заедно, което произвежда огромни количества енергия.
Реакцията създава хелий, а не дълготрайните радиоактивни отпадъци от процеса на делене, който се използва в съществуващите атомни електроцентрали.
Ако синтезът може да бъде впрегнат, тогава той обещава изобилна електроенергия, генерирана без да произвежда CO2.
Тези тестове през 80-те години на миналия век доведоха до изграждането от правителството на САЩ на Националното съоръжение за запалване (NIF) в Калифорния, проект, за да се види дали ядрените горивни пелети могат да се възпламенят с помощта на мощен лазер.
След повече от десетилетие работа, в края на 2022 г. изследователи от НИФ направиха пробив.
Учените провеждат първия контролиран експеримент на синтез, за да произведат повече енергия от реакцията, отколкото тази, доставена от лазерите, които я предизвикват.
Докато физиците по света се удивляват на този пробив, на учените в НИФ им е отнело много повече време от очакваното.
Те гладуваха от енергия, казва г-н Галоуей.
Той не означава, че те се нуждаят от повече закуски, вместо това лазерът NIF е само достатъчно мощен, за да възпламени горивната пелети.
Г-н Галоуей и г-н Валис смятат, че по-мощните лазери ще направят възможно изграждането на работеща реакция на синтез, която може да доставя електричество към електрическата мрежа.
За да направят това, те основават Xcimer, базирана в Денвър.
NIF трябваше да се направи с лазер, който може да изпомпва две мегаджаули енергия.
Г-н Галоуей и г-н Валис планират да експериментират с лазери, които могат да доставят до 20 мегаджаула енергия.
Смятаме, че 10 до 12 [мегаджаула] е сладкото място за търговска електроцентрала, казва г-н Галоуей.
Такъв лазерен лъч би ударил горивната капсула с мощен удар.
Това би било като да вземем енергията на 40-тонен съчленен камион, движещ се с 60 мили в час и да го фокусираме върху капсулата с размерите на сантиметър за няколко милиардни от секундата.
По-мощните лазери ще позволят на Xcimer да използва по-големи и по-прости капсули за гориво от NIF, за които е трудно да ги усъвършенстват.
Xcimer се присъединява към десетки други организации по света, които се опитват да построят работещ термоядрен реактор.
Има два основни подхода.
Смачкването на горивна сачма с лазери попада в категорията на инерционния херметичен синтез.
Другият начин, известен като сливане на магнитните ограничения, използва мощни магнити, за да улови горящ облак от атоми, наречен плазма.
И двата подхода имат обезсърчителни инженерни предизвикателства, които трябва да бъдат преодолени.
По-специално, как да извлечете топлината, генерирана по време на термоядрен синтез, така че да можете да направите нещо полезно с него, като задвижване на турбина за производство на електричество?
Предполагам, че скептицизмът ми е, че все още дори не съм видял убедителна концептуална диаграма за това как управлявате процеса на извеждане на енергия, като същевременно поддържате реакцията на синтез, казва проф. Иън Лоу от университета Грифит в Австралия.
Той е прекарал дългата си кариера, работейки в областта на енергийните изследвания и политиката.
Докато професор Лоу подкрепя развитието на технологията за синтез, той просто твърди, че работещ термоядрен реактор няма да дойде достатъчно бързо, за да помогне за намаляване на емисиите на CO2 и справяне с изменението на климата.
Притеснението ми е, че дори и най-оптимистичният възглед е, че ще имаме късмет да имаме комерсиални термоядрени реактори до 2050 г.
И много преди това трябва да сме декарбонизирали енергийните доставки, ако нямахме намерение да разтопим планетата, казва той.
Друго предизвикателство е, че реакцията на синтез произвежда високоенергийни частици, които ще разграждат стоманата или друг материал, който очертава ядрото на реактора.
Тези в индустрията на термоядрения синтез не отричат инженерните предизвикателства, но чувстват, че могат да бъдат преодолени.
Xcimer планира да използва водопад от разтопена сол, течаща около реакцията на синтез, за да абсорбира топлината.
Основателите са уверени, че могат да изстрелват лазерите и да заменят горивните капсули (по една на всеки две секунди), като същевременно поддържат този поток.
Потокът от разтопена сол също ще бъде достатъчно дебел, за да абсорбира високоенергийни частици, които потенциално биха могли да повредят реактора.
Просто имаме два относително малки лазерни лъча, идващи от двете страни [на горивната сачма].
Така че се нуждаете само от пролука в потока, достатъчно голяма за тези греди, и така няма да се налага да изключвате и да включвате целия поток, казва г-н Валис.
Но колко бързо могат да накарат такава система да работи?
Xcimer планира да експериментира с лазерите в продължение на две години, преди изграждането на целева камера, където те могат да се насочат към горивните пелети.
Последният етап ще бъде работещият реактор, който се надяват да бъде включен в електрическата мрежа в средата на 30-те години.
За да финансира първата фаза от работата си, Xcimer е набрал 100 млн. долара (77 млн.).
Парите ще бъдат използвани за изграждането на съоръжение в Денвър и прототипа на лазерната система.
За построяването на работещ реактор ще са необходими още стотици милиони долари.
Но за основателите на Xcimer и други стартиращи компании, перспективата за евтино, безвъглеродно електричество е неустоима.
Знаеш ли, това ще промени траекторията на това, което е възможно за напредъка на човечеството, казва г-н Валис.