Una parte di questo video è offerta da Surfshark.
“Wow….
Woah! Questo è enorme!
"Benvenuti al tokamak JET" Vedere di persona il reattore a fusione tokamak JET è stata un'esperienza che ha aperto gli occhi,
ma non nel modo che ci si potrebbe aspettare. Quello che ho potuto vedere durante la mia permanenza al Culham
Science Centre nel Regno Unito è andato ben oltre ciò che JET sta facendo. C'è un intero ecosistema
necessario per supportare una futura industria della fusione, e il governo del Regno Unito sta davvero
spingendo ogni aspetto di questo. C'è molto clamore intorno alle startup della fusione,
ma affinché tutto questo funzioni, ci vorrà una visione olistica per affrontare le molte sfide
che lo circondano. Quindi cosa ci vorrà? E... com'è stare dentro un tokamak?
Sono Matt Ferrell... benvenuto su Undecided.
La vecchia barzelletta è che l'energia della fusione è sempre lontana 30 anni, tuttavia,
sono gli esperimenti di lunga data come JET che hanno contribuito a far avanzare la nostra
comprensione della fusione e fare grandi progressi negli ultimi decenni.
Solo un paio di anni fa ha stabilito il record per l'energia sostenuta più a lungo.
L'intero motivo per cui realizzo questi video è condividere la mia eccitazione e il mio interesse per
la tecnologia... per ciò di cui è capace l'umanità quando mettiamo le nostre menti collettive davanti a un
problema molto difficile. Non sono uno scienziato, quindi questi video sono io che condivido il mio percorso di apprendimento
e la mia curiosità. E il mio viaggio nel Regno Unito, che ho soprannominato il mio "tour nucleare nel Regno Unito",
ne fa parte. Questo è il primo di una serie di video che pubblicherò su
quel tour. Vedrai di tutto, dalle grandi strutture di ricerca finanziate dal governo,
alla fusione finanziata privatamente, a una piccola startup che fa qualcosa con la fusione che
potresti non aspettarti. Quindi assicurati di iscriverti e attivare le notifiche per non perderle.
Per dare il via alle cose in questo video, ho pensato che sarebbe stato bello guardare
il quadro generale quando si tratta di fusione. E non c'è posto migliore per iniziare
della UK Atomic Energy Authority (UKAEA) e del Culham Science Centre di Oxford. Questo
è davvero un braintrust di persone brillanti che cercano di affrontare non solo l'energia da fusione,
ma tutto ciò che sarà necessario per sostenerla. Tra poco parlerò del JET e
dei tokamak MAST-U, ma ci sono alcune sfide interessanti che derivano dalla fusione.
Solo per un rapido ripasso, quando parli di centrali nucleari che conosciamo tutti
, è la _fissione_ nucleare, niente "u". Questo è quando un neutrone si scontra con un atomo più grande,
che lo divide in due atomi più piccoli. In questo processo vengono rilasciati anche neutroni aggiuntivi
e possono avviare una reazione a catena sbattendo contro più atomi per continuare il
processo. Quando un atomo viene diviso, viene rilasciata un'enorme quantità di energia sotto forma
di calore. Nei reattori nucleari che abbiamo oggi in tutto il mondo,
quel calore viene catturato per trasformare l'acqua in vapore, che poi fa girare una turbina per produrre elettricità.
La fusione è l'opposto della fissione, ed è ciò che sta accadendo nel nostro sole e in tutte le stelle
dell'universo. La fusione è quando due atomi si uniscono per formare un singolo atomo più grande,
tuttavia, il singolo atomo più grande sarà leggermente più leggero dei
due atomi separati. Quella massa extra viene convertita in energia. Ad esempio,
come due atomi di idrogeno che si fondono insieme per formare un atomo di elio. La potenza rilasciata in
questo processo è parecchie volte maggiore della potenza rilasciata dalla fissione.
Una volta stabilita la reazione di fusione in un reattore come un tokamak, è necessario un combustibile per
sostenerla. Ci sono alcuni combustibili chiave diversi che sono opzioni per la fusione: deuterio, trizio
o elio-3. Sia il deuterio che il trizio sono isotopi pesanti dell'idrogeno. Se
guardi questo grafico, vedrai le differenze di output tra deuterio + elio-3,
deuterio + deuterio e deuterio + trizio. È per questo che la maggior parte della ricerca sulla fusione
sta guardando al deuterio + trizio a causa della maggiore produzione di energia potenziale.
Una cosa importante da tenere a mente è che alcune di queste reazioni, come il deuterio + trizio,
producono neutroni. E i neutroni, a differenza di altre forme di radiazioni ionizzanti,
possono effettivamente rendere radioattive le cose che colpiscono. È un processo chiamato attivazione dei neutroni. Mentre
la radiazione generata dalle reazioni di fusione è di breve durata, è ancora qualcosa che devi
affrontare e affrontare... specialmente con il mantenimento di un reattore tokamak.
È qui che entra in gioco la mia prima tappa al Culham Science Center e la soluzione che ho
visto. Prima di arrivare a questo, vorrei ringraziare Surfshark per aver sponsorizzato questa parte del
video di oggi. Consiglio sempre di utilizzare una VPN quando si utilizza il Wi-Fi pubblico, ma le VPN possono essere molto utili anche
quando sei a casa. Molti servizi online utilizzano un tracciamento commerciale piuttosto sofisticato
e l'apprendimento automatico per applicare pubblicità molto mirata... una VPN può proteggerti da parte
di tutto ciò. CleanWeb di SurfShark fa un ottimo lavoro bloccando pubblicità, tracker e siti Web dannosi,
rendendo più sicuro l'utilizzo di Internet anche a casa. E puoi persino far sembrare che il tuo indirizzo IP
provenga da un paese completamente diverso. Questo può tornare utile se desideri trasmettere in streaming
un video disponibile solo da una posizione specifica. Una delle parti migliori di SurfShark è
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alcun rischio di provarlo tu stesso. Il link è nella descrizione qui sotto. Grazie a Surfshark
e a tutti voi per aver supportato il canale. Torna alla prima tappa al Culham Science Center.
Ho avuto la possibilità di controllare la struttura Remote Applications in Challenging Environments, o RACE,
che riguarda la creazione di sistemi meccanici per mantenere
macchinari pericolosi o di difficile accesso. Uno dei sistemi che hanno creato si chiama MASCOT, che essenzialmente agisce
come un'estensione delle braccia e delle mani di un operatore. Possono manipolare la pinza remota
per rimuovere i pannelli, sostituire i componenti ed eseguire la manutenzione a distanza di sicurezza.
Una delle mie prime domande, che probabilmente anche alcuni di voi si stanno ponendo,
è stata perché questo non è un sistema controllato da un computer. Perché usare un operatore umano?
“Quindi ci sono livelli di automazione in questo in termini di automazione completa,
dato che si tratta di una sola macchina e anche noi siamo molto delicati in tutto ciò che facciamo. I ritardi interessati
sono così enormi. Viene ancora fatto manualmente e bene per tutta la vita di questa macchina.
In attesa di altri reattori in futuro, ci saranno livelli più elevati di automazione in quanto,
dove funzioneranno per lunghi periodi di tempo, avranno
una durata di vita più lunga e svolgeranno più lavoro di routine. Dove questo è un reattore sperimentale,
è molto di più, potresti fare qualcosa solo una volta. Quindi l'idea di programmare una
sequenza automatizzata per questo... non ha un grande valore. Ma sicuramente entrare nei futuri reattori è quello.
“Quindi puoi ritrarre il robot, tirare dentro e fuori i bracci,
spostarli in posizione attraverso l'automazione. Ma quando si tratta dell'effettiva gestione dell'ambiente
, è quello che prende il sopravvento un essere umano.
Come puoi vedere dai monitor, hanno creato un gemello digitale del reattore per
lavorare all'interno per la simulazione e per dare loro anche più angoli di visione di
ciò che sta accadendo nell'ambiente. Prima che un operatore possa anche solo toccare la macchina reale,
sono necessarie 1.000 ore di formazione, che ho avuto modo di sperimentare
per alcuni minuti. Dire che è stato divertente sarebbe un eufemismo.
“Questo è, sì, interruttore fotografico per l'interruttore. E premi
questo pulsante. Il pulsante buono è acceso che è l'avvio della velocità di forza
per l'attivazione. Va bene. Puoi così colpire il tavolo. Puoi sentire la forza tornare indietro. Sì."
"Va bene. E. Oh, oh. È pazzesco.
"Oh, un altro bingo."
“Sì…”
“Va bene. Questo è il miglior videogioco che abbia mai realizzato. È così bello."
"Possiamo litigare con te su questo?" "Sì. È fantastico."
Potevi sentire i bordi del blocco, o la pinza della mano destra che sbatteva contro la pinza della mano sinistra
, così come il peso del blocco quando lo sollevavi dal tavolo.
operazione. Giù sul pavimento della struttura
hanno un'enorme area di lavoro di esperimenti con diverse tecnologie in gioco. Non per scendere
troppo nella tana del coniglio, ma parlando con il team hanno spiegato perché stanno sperimentando con
la robotica guidata meccanicamente , con cose come ingranaggi e motori, rispetto a cavi come quelli usati da MASCOT.
"Questi sono robot manipolatori a due mani standard con cui stiamo iniziando a lavorare e vediamo
qual è il valore nell'applicare quel tipo di tecnologia standard".
“Molto diversi nella tecnologia che usano tra di loro. Questo è
tutto azionato meccanicamente con alberi e ingranaggi concettuali
in contrasto con un sistema a cavo come la mascotte o l'altro, robot standard lì.
Hanno diversi vantaggi e svantaggi. Quelli a cavo sono molto più abili e si sentono
molto più leggeri, ma quelli azionati meccanicamente sono enormemente più tolleranti alle radiazioni.
Quando ho avuto modo di provare questa configurazione, mi è sembrato in qualche modo simile al sistema di allenamento che ho usato,
ma ho potuto sentire anche il ticchettio e lo stridere degli ingranaggi. Mi ci è voluto un minuto per abituarmi,
ma... non voglio vantarmi, ma penso di averlo capito abbastanza in fretta. È
sorprendente quanto velocemente ti adatti alla macchina e ne impari le basi
. Anche la mia vita passata a giocare ai videogiochi potrebbe aver aiutato.
Ma anche con quell'allenamento, hai ancora bisogno di qualcosa su cui testarlo
nel mondo reale prima di passare all'uso sul vero tokamak,
motivo per cui hanno una replica a grandezza naturale su cui la squadra può allenarsi. Mi sono sentito come un bambino la
mattina di Natale che entra nel tokamak e capisce meglio
le dimensioni e la portata del dispositivo. Nel caso non lo sapessi, JET ha la forma di una gigantesca ciambella,
il che non dovrebbe sorprendere troppo poiché un suggerimento è proprio nel nome: Joint European Torus.
“Quindi questo è l'interno di quel toroide. Quindi è qui che veniamo per allenarci e ci esercitiamo usando
la mascotte, che è il nostro manipolatore remoto con cui lavoriamo. Essenzialmente come una replica uno a uno dell'interno delle nostre macchine. Quindi è tutto fatto da zero... a parte questa
sezione in cui mi trovo adesso, questo è uno degli ottavi effettivi di un jet. Quindi Jet è diviso in
otto segmenti, ma in realtà ce ne sono nove, quindi il ricambio fa parte della struttura di addestramento.
“Quindi la mascotte serpeggia qui intorno. E poi abbiamo il modulo delle attività proveniente da
un'apertura separata. Il modulo task è una tabella, ma una tabella di fantasia. E gli operatori possono praticamente esercitarsi su
tutte le attività che devono svolgere effettivamente nella macchina perché è davvero importante
che la macchina venga riaccesa il più rapidamente possibile. Quindi, è davvero importante che gli
operatori sappiano cosa stanno facendo e siano davvero abili in quello che stanno facendo perché
far cadere un bullone da qualche parte e qui sarebbe male. Ma far cadere un fulmine all'interno del JET sarebbe davvero
brutto. Quindi è qui che vengono ad esercitarsi, ma è anche il luogo in cui vengono ad esercitarsi anche i tecnici. Di tanto in tanto dobbiamo mandare delle persone e anche loro vengono ad esercitarsi nella stessa zona”.
Sebbene la manutenzione dei reattori a fusione sia una parte fondamentale della ricerca di RACE,
non è l'unica applicazione di ciò che stanno facendo. Ha applicazioni molto più ampie per
altri settori che hanno materiali pericolosi o ambienti in cui potrebbe
essere difficile per gli esseri umani operare in sicurezza. Stiamo esaminando un potenziale
video futuro su questo argomento, quindi fammi sapere se vuoi vedere di più sulla robotica.
Ho appena scalfito la superficie di ciò che ho visto a RACE, ma sono rimasto sbalordito da tutti i diversi
esperimenti. Questo è un aspetto dell'energia di fusione a cui non avevo pensato o considerato.
La mia tappa successiva è stata il nuovo tokamak MAST-U, dove ho avuto modo di parlare con il direttore di Toakamak Science,
il dottor Fulvio Militello. Questo si ricollega a quello che ho detto all'inizio.
La barzelletta secondo cui la fusione è sempre lontana 30 anni ignora tutti gli incredibili
progressi compiuti negli ultimi 40-50 anni. Fulvio mi ha mostrato il primo
tokamak funzionante che è stato utilizzato presso la struttura… era stranamente carino.
“I nostri tour iniziano qui perché questo è un reattore tokamak, questo è un esperimento che abbiamo fatto
lavorare qui sul posto. Non è un modello, è la cosa reale. Negli anni '60. E anche questo,
per darvi un'idea di quanto si sia evoluto il settore in 40, 50 anni, è un
progresso incredibile. Da un dispositivo che può letteralmente sedersi su un tavolo a quello che probabilmente vedrai più tardi al JET.
Quindi le cose si sono evolute da piccoli esperimenti da tavolo a strutture su larga scala.
Il progetto MAST-U (Mega Amp Spherical Tokamak Upgrade) è importante per UKAEA perché è un
passo importante verso la realizzazione di centrali elettriche a fusione commercialmente valide che fornirebbero
energia pulita, sicura e abbondante. MAST-U si concentra sulla soluzione della sfida chiave dello scarico del plasma,
necessario per ottenere potenza di fusione commerciale, e il suo nuovo sistema di scarico del plasma,
chiamato Super-X, è stato progettato per ridurre i carichi di calore e potenza,
facendo potenzialmente durare i componenti del deviatore più a lungo. Nella mia conversazione con Fulvio ha
menzionato che il deviatore è fondamentale per i progetti di centrali elettriche commerciali lungo la
strada a causa del modo in cui gestisce il calore in eccesso che non viene utilizzato per la generazione di elettricità.
“Fondamentalmente è il manico di una tazza piena di caffè caldo. Quindi,
il nostro plasma è il caffè che vogliamo bere. È quello che vogliamo davvero ottenere, giusto?
"Giusto." “Vogliamo che questo caffè sia il più caldo possibile, ma non saremmo in grado di gestirlo se ci limitassimo a
tenere la tazza con le mani. Quindi ci vuole una maniglia... e il deviatore ha la stessa
funzione. Cerca di separare questo plasma molto caldo e molto energetico dalla superficie del
dispositivo. E così deviamo la nostra energia del plasma. In questa versione del dispositivo qui, il mockup
o quassù e qui in questa funzione. E quel componente è specificamente progettato per ospitare
questo dispositivo energetico molto grande. Questo design che abbiamo è il più unico al mondo. Nessun
altro ce l'ha. Si chiama configurazione Super-X. È solo un termine tecnico che noi fisici usiamo,
ma l'idea è che sia specificamente progettato per accogliere questa energia molto grande».
"Sì. Ero molto curioso riguardo al deviatore. Cosa lo ha reso ... perché è
un aggiornamento molto significativo rispetto alla mia comprensione.
"Sì. L'aggiornamento MAST ha già generato una fisica estremamente interessante associata
a questa nuova funzionalità. Quindi, per esempio, abbiamo potuto vedere che l'energia che esce
dalla macchina è gestita molto bene da questo nuovo componente. E le prestazioni che abbiamo
osservato rispetto a progetti più standard sono di un fattore 10 superiori. Quindi questo è davvero un buon
risultato che abbiamo già discusso con la comunità scientifica e ne siamo molto orgogliosi.
E vorremo anche, nei nuovi esperimenti che stiamo facendo ora, capire come
il nostro plasma interagisce con questa nuova caratteristica del dispositivo. E siamo molto fiduciosi che questo progetto
diventi parte delle future centrali elettriche”. Il design del "tokamak sferico" del MAST-U
ha il potenziale per essere un mezzo più economico ed efficiente per fornire energia di fusione
di quanto sia attualmente possibile in dispositivi più grandi. Come accennato da Fulvio, il nuovo deviatore riduce
di un fattore 10 il calore del materiale di scarico, consentendo di convogliare i gas di scarico
fuori dalla macchina a temperature che i componenti della macchina possono sopportare.
Ciò dovrebbe aumentare la durata e la redditività economica della macchina. Ma a breve termine l'
intero scopo di MAST-U è quello di continuare gli esperimenti e apprendere come questo specifico progetto gestisce il plasma,
aumenta la produzione di energia e altro ancora. L'obiettivo finale è un altro grande passo verso le centrali elettriche.
“E anche l'elemento è estremamente importante. Questi dispositivi sperimentali non sono solo per la fisica, ma
anche per imparare a far funzionare le future centrali elettriche. Come mantenerli,
come assicurarsi che siano in buono stato. Come migliorarli. Quindi c'è anche
un importante sviluppo di capacità operative che viene fatto con questi dispositivi sperimentali.
Il che ci riporta al JET.
“Wow…. Woah! Questo è enorme!
"Benvenuti nel tokamak del JET" "Oh mio Dio..." "Benvenuti nel toroide." "Questo è enorme."
“Questa è la mia reazione quando ho fatto la mia tesi su un tokamak così
grande. E il primo giorno che sono venuto qui non potevo credere che fosse così grande.
Posso contare sulle dita di una mano quante volte sono stato spazzato via in quel modo. Uno dei miei
momenti preferiti è stato entrare nell'edificio di assemblaggio dei veicoli della NASA, dove hanno costruito
i razzi Apollo, e vedere una delle navette spaziali che veniva dismessa. Questo
è proprio lassù … ma quella era Fernanada Rimini che mi ha offerto il tour di JET. È
una specie di leggenda nella ricerca sull'energia da fusione ed è stata determinante nei recenti
risultati da record del JET. Quindi non è stato solo vedere JET di persona che è stato fantastico, è stato incontrarsi
persone come Fulvio e Fernanda mi hanno mostrato JET che l'ha portato al livello successivo.
JET esiste dai primi anni '80 e
nel tempo ha subito molti aggiornamenti e revisioni. Puoi vederne un po' solo dal modo in cui appare. È un po' come la casa
che Jack ha costruito. Quando ho chiesto a Fernanda in che modo JET è rimasto rilevante per così tanto tempo,
ho pensato che la sua risposta si legasse bene anche a ciò che Fulvio stava provando.
“Uno dei maggiori vantaggi di JET è che JET è stato progettato ed è sempre stato
utilizzato con i team di fisica e ingegneria che lavorano insieme.
Quindi non ci sono solo fisici che scrivono impressioni sul muro e ingegneri in un angolo
che fanno il loro lavoro lì. C'è davvero un dialogo tra i due. E questo consente il fatto che,
per esempio, quando c'è una scoperta della fisica, tipo, ora vado nei dettagli, ma c'è stata
una scoperta nei primi anni ottanta. C'era la modalità H che ti dà il plasma più caldo.
Non era del tutto preparato per questo, ma poiché l'ingegneria
se ne è accorta, JET è stato modificato in modo significativo e abbiamo potuto operare in questa modalità H. "
Ma non è stata solo la sinergia tra fisici e ingegneri a mantenere
JET rilevante. C'è un'altra cosa che ha preso d'assalto il mondo negli ultimi due anni,
ma ha già svolto un ruolo in tutta la ricerca sulla fusione, ed è l'intelligenza artificiale.
"Pensi che l'IA stia giocando un ruolo importante in quella che
sembra un'accelerazione di ciò che stiamo imparando?"
“L'intelligenza artificiale sta giocando un ruolo importante. Giocherà un ruolo importante nel modo in cui
controlliamo il plasma e nel modo in cui proteggiamo il plasma. Quindi sì, lo farà.
“Abbiamo soluzioni che vengono fuori e dicono, oh, forse potremmo implementarlo. I sistemi in tempo reale
direttamente dall'IA e i team di fisica ne stanno approfittando. Quindi puoi scorrere
rapidamente le simulazioni. Possiamo anche fare simulazioni in tempo reale. Al giorno d'oggi possiamo fare
cose basate su modelli in tempo reale, cosa che non potevamo nemmeno 10, 20 anni fa.
Questo è solo un esempio del motivo per cui penso che in questi giorni sembri che la ricerca sulla fusione e le startup stiano accelerando
. Voglio dire, ci sono molti fattori, ma la modellazione al computer sta accelerando notevolmente
la ricerca. I progressi della scienza dei materiali stanno affrontando sfide ingegneristiche, come i superconduttori
che producono magneti più piccoli e più forti. Ne ho parlato in un video precedente sullo
spin-off del MIT Commonwealth Fusion Systems. Ci sono molti problemi impegnativi che vengono risolti.
Grande e folle come sembra il tokamak JET,
è stato uno strumento essenziale per la comunità scientifica per conoscere
i progetti di reattori a fusione e come controllare il plasma e le reazioni. Hanno
aggiunto componenti nel tempo per testare diversi aspetti di come funzionano le cose e imparare da esso.
Ma la parte che mi ha fatto impazzire è stata che impareranno anche
dalla disattivazione del JET, che avverrà tra circa un anno.
"Puoi imparare dalla disattivazione?"
"Oh, sì, assolutamente."
"Lo amo."
“I campioni, i primi, ad esempio, preleveranno campioni dalle piastrelle che sono
all'interno e li analizzeranno per vedere quale sia stato l'effetto del plasma su di loro. Come
viene impiantato il materiale nelle piastrelle? Fino a che punto saranno tutte queste cose? Come
sono i cambiamenti materiali dai nutroni? Come lo gestiamo? Possiamo
gestire tutto con la gestione remota o a un certo punto le persone dovranno entrare ".
“Adoro il fatto che tu stia imparando da ogni aspetto del suo funzionamento, imparando le competenze,
come far funzionare la macchina, come prendersene cura, come smontarla. Lo amo."
"SÌ. Sarà assolutamente, sai, il primo in termini di cercare di imparare il più possibile.
L'UKAEA sta davvero adottando un approccio olistico alla ricerca sulla fusione. Hanno una nuova struttura
costruita che sta attualmente esaminando la ricerca sul trizio, che è un importante punto critico
per il futuro della fusione e il carburante che la maggior parte delle persone trova il più promettente. A partire da ora,
non c'è abbastanza produzione di trizio nel mondo per supportare una centrale elettrica commerciale,
quindi questa è un'altra cosa da capire. Stanno anche collaborando con
aziende private per supportare diversi approcci per l'energia da fusione... hanno un incredibile
approccio agnostico. Parlerò di una di quelle aziende nel prossimo video,
First Light Fusion, quindi assicurati di iscriverti e attivare le notifiche per non perderlo.
Sono rimasto incredibilmente colpito dalle dimensioni e dalla portata di ciò che l'UKAEA sta facendo per
supportare la più ampia industria della fusione. Sono rimasto ancora più colpito da tutte le
persone fantastiche che ho incontrato durante la mia giornata lì. Grazie a Oliver, Leah, Fulvio, Fernanda
ea tutti gli altri con cui ho parlato. Questo ha solo scalfito la superficie di ciò che ho vissuto,
quindi cercherò di ottenere di più sul podcast Still TBD e sul mio Patreon.
Allora, cosa ne pensate? Salta nei commenti e fammi sapere. E assicurati
di dare un'occhiata al mio podcast di follow-up Still TBD dove discuteremo
alcuni dei tuoi feedback. Grazie a tutti i miei sostenitori, che ottengono versioni senza pubblicità di
ogni video. E grazie a tutti voi per aver guardato. Ci vediamo al prossimo.