Lockheed Martin heeft in stilte een patent verkregen dat hoort bij het ontwerp voor een mogelijk revolutionaire compacte fusiereactor of CFR. Als dit project volgens plan verloopt, kan het bedrijf een prototype van een systeem van de grootte van een zeecontainer debuteren, maar in staat zijn om een Nimitz- luchtvaartmaatschappij of 80.000 huizen in het volgende jaar of zo van stroom te voorzien .
Het patent , voor een deel van het opsluitingssysteem, of de belichaming, dateert van 15 februari 2018. De Maryland-hoofdkwartier van de defensie-aannemer had een voorlopige claim ingediend op 3 april 2013 en een formele aanvraag bijna een jaar later. Onze goede vriend Stephen Trimble , hoofd van het Americas Bureau van Flightglobal, heeft het vervolgens gespot en de basisdetails ge-Tweeted .
In 2014 maakte het bedrijf ook een plons door te melden dat ze überhaupt aan het apparaat werkten en dat het verantwoordelijk was voor het geavanceerde projectenbureau van Skunk Works in Palmdale, Californië. Op het moment , Dr. Thomas McGuire, hoofd van de Skunk Works' Compact Fusion Project , zei dat het doel was om een werkende reactor in vijf jaar en de productie waardig ontwerp hebben binnen 10.
"Ik heb dit gestudeerd in graduate school [op MIT] waar ik, onder een NASA-studie, werd beschuldigd van hoe we snel naar Mars konden komen", zei McGuire in 2014 in een interview met Aviation Week . "Ik begon te kijken naar alle ideeën die waren gepubliceerd. Ik heb die ideeën eigenlijk overgenomen en versmolten tot iets nieuws door de problemen in één op te nemen en ze te proberen te vervangen door de voordelen van anderen. "
Sinds de jaren 1920 werken wetenschappers aan concepten voor fusiereactor, maar helaas zijn de functionele voorbeelden inefficiënt en groot - meestal de grootte van een klein gebouw - en bovendien uitzonderlijk duur. De Internationale Thermonucleaire Experimentele Reactor , die een internationaal consortium in Frankrijk bouwt en naar verwachting in 2021 klaar zal zijn, heeft bijvoorbeeld een geschatte totale kostprijs van $ 50 miljard en heeft een ontwerp dat ongeveer 23.000 ton weegt .
Dit heeft deze apparaten grotendeels verbannen naar experimentele, in plaats van praktische doeleinden, en het beperken van de reactie - dezelfde die plaatsvindt in de zon of andere sterren - vormt de kern van het probleem. In tegenstelling tot kernsplijting , waar atomen elkaar raken, geeft energie af, een fusiereactie omvat het opwarmen van een gasvormige brandstof tot het punt waarop de atomaire structuur ervan wordt verstoord door de druk en een deel van de deeltjes samensmelt tot een zwaardere kern.
Het proces omvat het vrijgeven van een enorme hoeveelheid energie, een miljoen keer meer dan een typische chemische reactie, zoals het verbranden van een fossiele brandstof, volgens McGuire. Maar om dit te doen moet je in staat zijn om het gas, dat zich uiteindelijk in een zeer energieke plasmatoestand bevindt , gedurende een langere periode bij een temperatuur van honderden miljoenen graden Fahrenheit te houden.
Dit beperkt over het algemeen het potentieel voor reactoren, zelfs grote, vanwege zorgen dat ze op spectaculaire wijze zouden kunnen falen. In het interview in 2014 met Aviation Week gebruikte McGuire tokamaks , een in de jaren vijftig voor het eerst in de Sovjet-Unie uitgevonden apparaat voor magnetische opsluiting, als een voorbeeld, waarin stond dat ze een lage magnetische druklimiet hadden waaronder ze veilig konden opereren.
"Het probleem met tokamaks is dat" ze maar zoveel plasma kunnen vasthouden, en we noemen dat de bètalimiet ", zegt McGuire. Gemeten als de verhouding van de plasmadruk tot de magnetische druk, is de bètalimiet van de gemiddelde tokamak laag, of ongeveer "ongeveer 5% van de beperkende druk", zegt hij. McGuire vergelijkt de torus met een fietsband en voegt eraan toe: 'als ze te veel inbrengen, zal hun beperkende band uiteindelijk uitvallen en barsten - dus om veilig te werken, komen ze daar niet te dicht bij.' ...
Het CFR zal deze problemen vermijden door plasmabehandeling op een radicaal andere manier aan te pakken. In plaats van het plasma binnen buisvormige ringen te beperken, zal een reeks supergeleidende spoelen een nieuwe magneetveldgeometrie genereren waarin het plasma binnen de bredere grenzen van de gehele reactiekamer wordt gehouden. Supergeleidende magneten in de spoelen genereren een magnetisch veld rond de buitenste rand van de kamer. 'Dus voor ons, in plaats van dat een fietsband zich uitbreidt naar lucht, hebben we iets meer als een buis die zich uitbreidt naar een steeds sterkere muur', zegt McGuire. Het systeem wordt daarom geregeld door een zelfafstemmend terugkoppelingsmechanisme, waarbij hoe verder het plasma gaat, hoe sterker het magnetische veld terugdringt om het te bevatten. De CFR zal naar verwachting een bètadrempelratio van één hebben. 'We zouden naar 100% of meer kunnen gaan,' voegt hij eraan toe. '
Als het systeem werkt, is het moeilijk te onderstrepen hoe dramatisch het niet alleen de toekomst van oorlogvoering kan veranderen, maar ook de fundamentele aard van het menselijk bestaan. Running op ongeveer 25 kilo brandstof - een mengsel van waterstofisotopen deuterium en tritium - Lockheed Martin schatte dat de theoretische reactor een heel jaar zou kunnen draaien zonder te stoppen. Het apparaat zou in die periode een constante stroom van 100 megawatt kunnen genereren.
Volgens de bedrijfswebsite op de CFR, zou de reactor krachtig genoeg kunnen zijn om een vliegdekschip te besturen , een vliegtuig ter grootte van een C-5 Galaxy airlifter van stroom voorzien, elektriciteit leveren aan steden met ergens tussen de 50 en 100.000 mensen, en misschien zelfs snelheid een reis naar Mars. In elk geval zou de compacte reactor de plaats innemen van grote conventionele brandstofsystemen of splijtingsreactoren, waardoor gewicht en bulk worden geëlimineerd. Dit zou op zijn beurt handelsruimte kunnen creëren voor extra systeem- of laadcapaciteit in termen van personeel of materieel of mogelijk een meer energie-efficiënte algemene vorm of ontwerp mogelijk maken.
Voor luchtvaarttoepassingen kan het systeem, afhankelijk van de exacte grootte van de reactor, in staat zijn om een vliegtuig een onbeperkt bereik te geven voor de gehele levenscyclus, met als enige beperking de behoefte aan voedsel, water en andere levensondersteunende systemen voor de bemanning. Drones op grote hoogte met de mogelijkheid om maanden of zelfs jaren per keer omhoog te blijven, kunnen in de plaats komen van satellieten en andere communicatie-relay-infrastructuur voor zowel militaire als civiele toepassingen.
Dit zou zich ook kunnen vertalen in permanente bewaking over brede gebieden waar het anders moeilijk zou zijn om dingen met de lucht te volgen, zoals in de uitgestrekte delen van de Stille Oceaan , min of meer voor onbepaalde tijd, wat nuttig zou kunnen zijn voor taken die variëren van het volgen van potentiële vijandelijke bewegingen om veranderingen in dierpopulaties of watertemperatuur waar te nemen.
Diezelfde voordelen kunnen van toepassing zijn op voertuigen aan land, schepen op zee of vaartuigen in de ruimte, die een vrijwel onbeperkte macht in compacte vorm bieden en die operaties over grote gebieden mogelijk maken, waardoor de tirannie van afstand in veel gevallen effectief wordt geëlimineerd. Nogmaals, voor militaire toepassingen zouden onbemande voertuigen of schepen kunnen patrouilleren voor onbepaalde tijd ver verwijderd van traditionele logistieke ketens en satellieten zouden langdurige, hulpbronnenintensieve activiteiten kunnen uitvoeren zonder de noodzaak van grote en potentieel gevaarlijke splijtingsreactoren .
Daarin liggen misschien de grootste potentiële voordelen van kernfusie boven kernsplijting. Het produceert geen uitstoot die gevaarlijk is voor de ozonlaag en als het systeem faalt, vormt het niet bijna dezelfde dreiging van een grootschalig radiologisch incident. Zowel deuterium als tritium worden vaak aangetroffen in een aantal reguliere commerciële toepassingen en zijn relatief onschadelijk in lage doses. De kleine hoeveelheid brandstof die nodig is om een fusiereactor te laten werken, vermindert inherent de kansen dat een lek een groot gebied zou verontreinigen in het geval van een ongeluk.
En aangezien een fusiereactor geen verfijnd splijtbaar materiaal nodig heeft, is het veel moeilijker om te dienen als een startpunt voor een kernwapenprogramma. Hierdoor zou het op zijn beurt een gemakkelijker te exporteren en efficiënte stroombron kunnen worden, overal ter wereld inzetbaar voor betrouwbare elektriciteit voor ziekenhuizen, scholen, ontziltingsinstallaties en andere belangrijke, maar vaak energievretende elementen van civiele infrastructuur.
Brandstof zou ook overvloedig en relatief gemakkelijk te vinden zijn, aangezien zeewater een bijna onbeperkte bron van deuterium biedt, terwijl er kant-en-klare bronnen van lithium zijn om de startplaats te bieden voor wetenschappers om tritium te "kweken". De afvalproducten zijn ook veel minder moeilijk te beheren dan die van splijtingsreactoren, waarbij de materialen honderden jaren in plaats van duizenden jaren gevaarlijk radioactief blijven.
Het systeem werkt nog steeds door warmte te produceren en die energie te gebruiken om een turbine te verplaatsen om elektriciteit op te wekken, wat betekent dat Lockheed Martin mogelijk zou kunnen aanbieden om bestaande brandstofbronnen in krachtcentrales met steenkool, olie en kernsplijting met hun fusiereactor relatief eenvoudig te vervangen . En in een noodgeval, zoals een grote natuurramp, kunnen op een vrachtwagen gemonteerde reactoren de stroom snel helpen herstellen naar hele steden.
Het valt natuurlijk nog te bezien of de fusiereactor van Lockheed Martin daadwerkelijk werkelijkheid zal worden. Vele andere bedrijven en instellingen hebben bijna een eeuw geprobeerd om werkbare fusiemacht te creëren zonder succes.
Aan de ene kant betekent een bedrijf dat een octrooi ontvangt niet noodzakelijkerwijs dat zij ook actief de technologie nastreven die in het document wordt beschreven. Bovendien, sinds de media-uitblinker in 2014, heeft Skunk Works heel weinig gezegd over dit project buiten de plasmafysische gemeenschap. De Amerikaanse regering behoudt zich ook het recht voor octrooien te classificeren die volgens haar een bedreiging zouden kunnen vormen voor de nationale veiligheid als ze openbaar zouden zijn, dus het feit dat dit niet zo is, kan ook de vraag stellen hoe volwassen het systeem in werkelijkheid kan zijn.
Toch lijkt het erop dat Skunk Works het octrooiproces van de afgelopen vier jaar heeft voortgezet en dat het erop lijkt dat ze het programma inderdaad voortzetten, althans tot op zekere hoogte. Deze legendarische divisie heeft zeker ook een indrukwekkende stamboom als het gaat om geavanceerde onderzoeks- en ontwikkelingsprojecten. Ze waren ook vier jaar geleden zelfverzekerd genoeg om interviews af te nemen en belangrijke details te bieden over het basisontwerp van de reactor, de geplande tijdlijn en de algemene programmadoelstellingen, wat suggereert dat het een serieus streven was.
Gezien de tijdlijn van vijf jaar die Dr. McGuire in 2014 uitbracht voor het bereiken van een werkbaar prototype, zijn we misschien in de nabije toekomst weer toe aan een andere grote aankondiging van Lockheed Martin.
