To startups i Seattle, der ræser for at transformere næste generations rumrejser

Udtrykket "atomenergi" fremmaner billeder af store dampende tårne ​​eller Tony Starks buereaktor fra de ikoniske "Iron Man"-film. Men to Seattle-baserede startups designer nukleare teknologier, der er små nok til at opfange og bære, at de, delvis takket være buy-in fra forsvarsministeriet, håber vil give næring til en ny generation af rumskibe.

Seattles Avalanche Energy and Ultra Safe Nuclear Corporation modtog ukendte beløb fra Pentagons Defense Innovation Unit i maj for at videreudvikle to forskellige tilgange til småskala atomkraft.

Avalanche skubber grænserne for atomfusion, mens Ultra Safe sigter mod at revolutionere nukleare radioisotopbatterier, som dem, der driver Mars-rovere. Begge virksomheder forventes at levere funktionelle prototyper af rumfartøjer til Pentagon i 2027.

"Atomkraft er et interessant område, fordi det traditionelt har været hovedsageligt i regeringens område," sagde US Air Force Maj. Ryan Weed, programlederen for Defense Innovation Units nukleare fremdrift og kraftprogram. Enheden – Pentagons forpost i Silicon Valley – arbejder udelukkende med virksomheder i den private sektor for at tilpasse nye teknologier til militær brug.

Efter seks årtiers materialevidenskabelig forskning er nukleart brændsel relativt sikkert og bliver omfavnet i den private sektor. Klimakrisen har også flyttet den offentlige mening i retning af at acceptere atomkraft som en levedygtig erstatning for fossile brændstoffer. Massive fremskridt inden for computermodellering har gjort kommerciel udvikling af atomkraft mere gennemførlig, sagde Chris Hansen, en fusionsforsker, der leder et laboratorium ved University of Washington.

Staten Washington har et forhold til atomforskning, der går tilbage til Hanford-stedet fra Anden Verdenskrig, som producerede det meste af plutonium til USA. Ved at lægge sin moralsk komplekse historie til side, har Hanford unægtelig fremmet en "kultur af nuklear ekspertise" i staten, sagde Scott Montgomery, en underviser ved University of Washingtons Jackson School of International Studies.

I dag er staten et knudepunkt for kommercielle nukleare startups, især virksomheder, der forsøger at knække småskala atomfusion. I modsætning til fission, som genererer energi ved at nedbryde tunge radioaktive metaller som uran, sker fusion, når to mindre atomkerner kolliderer for at danne den større kerne af et andet grundstof, hvorved der frigives energi i processen.

Avalanche-medstifter Brian Riordan kan godt lide at visualisere fusion som et forsøg på at holde to velcro-beklædte magnetkugler sammen.

"Velcroen virker over en meget kort afstand, men hvis du var i stand til at få dem tæt nok på, og velcroen var stærk, ville de holde sig," sagde Riordan.

Det er svært at opnå fusion, fordi de positivt ladede ioner, ligesom de velcrobeklædte magneter, naturligt frastøder hinanden. Det er endnu sværere at pakke det i en lille beholder. Eksempelvis har mere end 35 lande brugt år og milliarder af dollars på at bygge Iter Tokamak-reaktoren i det sydlige Frankrig. Maskinen vil ikke tænde før 2025 og vil ikke være kommercielt levedygtig før mindst 2035.

I mellemtiden skaber Seattle startups overskrifter.

Den største tekniske vejblokering for fusion er at få maskinen til at producere mere energi, end den bruger, men Seattle-baserede Zap Energy proklamerede i sidste uge, at den forventer at have en fungerende prototype inden for året. I 2021 annoncerede Everett-baserede Helion Energy, at de ville begynde at bygge den første kommercielle atomfusionsreaktor i Everett med en forventet færdiggørelsesdato i 2028.

Avalanche, der blev grundlagt af tidligere Blue Origin-ingeniører Riordan og Robin Langtry, deltog i kapløbet om fusion i 2018 og har patenteret en ny fusionsreaktor på størrelse med en madpakke, kaldet "Orbitron."

Enheden kombinerer to eksisterende instrumenter i et vakuumkammer - en "orbitrap", som udnytter positivt ladede ioner i en lille bane omkring en negativt ladet katode, og en "magnetron", som genererer en strøm af elektroner. Indføring af elektroner i reaktoren neutraliserer den positive ladning og giver mulighed for et større antal ioner at komme ind i rummet, og pakning af flere ioner i det lille rum øger eksponentielt chancerne for fusion.

Holdet forfiner den første prototype og planlægger at skalere op til en større enhed i august. Den største tekniske udfordring vil være at miniaturisere højspændingslederen, så den passer i den ønskede pakke, men stadig leverer nok energi til katoden, så ionerne kredser hurtigt nok til at smelte sammen.

Til sidst skulle det færdige produkt producere mellem 5 og 15 kilowatt, selvom brugerne kunne gruppere mange enheder sammen for at producere meget større mængder strøm. Størrelsen gør Orbitron befordrende for rumrejser, hvilket adskiller Avalanche under Pentagon kontraktudvælgelsesprocessen, sagde Weed, Defense Innovation Units projektleder.

Mens Avalanche forsøger at låse op for små fusion, udvikler Ultra Safe et nyt og forbedret "atombatteri" kaldet EmberCore. Disse enheder er i det væsentlige varme, radioaktive sten, der støt frigiver energi, efterhånden som de henfalder.

"Du kan bruge den varme klippe som en varm klippe, eller du kan vikle energikonverteringsteknologi omkring den for at omdanne denne varme til elektricitet," sagde Adam Schilffarth, strategidirektør for Ultra Safes division for avancerede teknologier.

NASA har historisk brugt plutonium til radioisotopbatterier, som dem der driver Curiosity-roveren på Mars og Voyager 1 og 2 dybe rumsonder. Plutonium er dog et dyrt, sjældent og farligt stof. Ultra Safe har udforsket forskellige isotoper, såsom kobolt-60 og thulium, som kan skaleres til at producere 10 gange så meget energi som traditionelle plutoniumsystemer, samtidig med at de er sikrere og mere omkostningseffektive.

Det første EmberCore-produkt Ultra Safe bragt på markedet er på størrelse med et æble. It operates like a "hand warmer" for moon landers so they can survive a 14-day lunar night, said Chris Morrison, chief engineer for the EmberCore project. The final prototype for the Pentagon will be the size of a small filing cabinet.

Weed said EmberCore and Orbitron may allow spacecraft to travel farther and eliminate reliance on solar panels. With such large power capacities, these technologies could also spawn a new generation of spacecraft that can easily jump between Earth's orbit levels. That could open the door to all kinds of commercial space travel, tourism and trade.

"These new propulsion systems will enable us to have known new missions, and so it'll affect how we employ space power," Weed said. "It'll definitely be a game changer." + Udforsk yderligere

Fransk videnskabsmand, der leder nuklear fusionsprojekt, dør i en alder af 72

©2022 The Seattle Times.

Distribueret af Tribune Content Agency, LLC.