Dnes bych chtěl udělat velké prohlášení a jsem z toho vážně nadšený. Může to být trochu překvapení pro mnoho z vás, kdo znáte dobře můj výzkum a to, co dělám. Vážně jsem se pokusil vyřešit některé velké problémy: boj proti terorismu, nukleární terorismus, zdravotnictví a diagnostiku a léčbu rakoviny, ale když jsem začal přemýšlet o všech těchto problémech uvědomil jsem si, že opravdu největším problémem, a základem všech těchto problémů je vlastně energie, elektřina, tok elektronů. Rozhodl jsem se tedy, že se musím pokusit vyřešit tento problém.
Well, I have a big announcement to make today, and I'm really excited about this. And this may be a little bit of a surprise to many of you who know my research and what I've done well. I've really tried to solve some big problems: counterterrorism, nuclear terrorism, and health care and diagnosing and treating cancer, but I started thinking about all these problems, and I realized that the really biggest problem we face, what all these other problems come down to, is energy, is electricity, the flow of electrons. And I decided that I was going to set out to try to solve this problem.
Není to asi to, co čekáte. Čekáte ode mně asi spíš, že jsem přijdu a budu mluvit o fúzi, protože to je oblast, kterou se zabývám celý svůj život. Ale tohle je vlastně příspěvek o, dobře -- (Smích) -- tohle je vlastně přípěvek o jaderném štěpení. Budu mluvit o zdokonalování něčeho starého, a o tom, jak přenést něco starého do 21. stolení.
And this probably is not what you're expecting. You're probably expecting me to come up here and talk about fusion, because that's what I've done most of my life. But this is actually a talk about, okay -- (Laughter) — but this is actually a talk about fission. It's about perfecting something old, and bringing something old into the 21st century.
Pojďme si říct něco o tom. jak funguje jaderné štěpení. V jaderné elektrárně máte velký kotel plný vody, který je pod vysokým tlakem a máte nějaké palivové tyče a tyto palivové tyče jsou obalené zirkonem a jsou tam malé pelety paliva oxidu uraničitého a celá jaderná reakce je kontrolována a udržovaná na potřebné úrovni a ta reakce zahřívá vodu voda se přeměňuje v páru, pára otáčí turbínou a tak vyrábíte elektřinu. Tím samým způsobem vyrábíme elektřinu pomocí parní trubíny už 100 let a nukleární pohon přinesl vážně velký pokrok ve způsbu ohřívání vody ale pořád ohříváte vodu, která se mění v páru a ta otáčí turbínu.
Let's talk a little bit about how nuclear fission works. In a nuclear power plant, you have a big pot of water that's under high pressure, and you have some fuel rods, and these fuel rods are encased in zirconium, and they're little pellets of uranium dioxide fuel, and a fission reaction is controlled and maintained at a proper level, and that reaction heats up water, the water turns to steam, steam turns the turbine, and you produce electricity from it. This is the same way we've been producing electricity, the steam turbine idea, for 100 years, and nuclear was a really big advancement in a way to heat the water, but you still boil water and that turns to steam and turns the turbine.
Víte, říkal jsem si, je tohle ten nejlepší způsob? Víme už všechno o jaderném štěpení nebo se tam dá ještě něco inovovat? A uvědomil jsem si, že jsem na něco narazil a myslím si, že to má velký potenciál změnit svět. Jde o tohle.
And I thought, you know, is this the best way to do it? Is fission kind of played out, or is there something left to innovate here? And I realized that I had hit upon something that I think has this huge potential to change the world. And this is what it is.
Tohle je malý modulární reaktor. Takže není tak velký jako reaktor, který vidíte na tomto diagramu. Tento má něco mezi 50 a 100 megawatty. Ale vyrobí spoustu energie. Představuje to, při průměrné spotřebě, energii, kterou by mohlo využít 25 až 100 tisíc domácností. A teď něco opravdu zajímavého o těchto reaktorech, jsou vyráběny v továrně. Takže to jsou modulární reaktory, které jsou v podstatě sestaveny na výrobní lince a jsou přepraveny kamkoliv ve světě. Tam je vyložíte a ty reaktory vyrábějí elektřinu. Tato oblast zde je ten reaktor.
This is a small modular reactor. So it's not as big as the reactor you see in the diagram here. This is between 50 and 100 megawatts. But that's a ton of power. That's between, say at an average use, that's maybe 25,000 to 100,000 homes could run off that. Now the really interesting thing about these reactors is they're built in a factory. So they're modular reactors that are built essentially on an assembly line, and they're trucked anywhere in the world, you plop them down, and they produce electricity. This region right here is the reactor.
Toto je pod zemí, a to je velmi důležitý fakt. Jako někdo, kdo se hodně zabýval ochranou proti teroristickým útokům, vám nemůžu dost zdůraznit, jak je to super mít něco zahrabaného pod zemí, jako ochranu před radiací a z bezpečnostních důvodů. Uvnitř tohohle reaktoru je roztavená sůl, každý, kdo je fanda do thoria, bude z toho opravdu nadšený, protože tyhle reaktory se ukazují být opravdu dobré pro přeměnu thoria a využití v palivovém cyklu na uran 233 (produkt rozpadu thoria). Ale mě palivo až tolik nezajímá. Můžete v nich použít leccos - jsou fakt hladové, chutnají jim naředěné zbraně, tím myslím vysoce obohacený uran a zbraňové plutionium, které byly zředěny. Zředěny tak, že už nejsou použitelné pro výrobu jederných zbraní, ale reaktory tyhle věci milují. Tohohle se nám válí okolo spousta, protože to je velký problém. Víte, že jsme si během Studené války vytvořili obrovský arzenál jaderných zbraní a že je skvělé, že už je nepotřebujeme A co teď udělat se vším tím odpadem? A co děláme s těmi sily s jadernými zbraněmi? No, hlídáme je a bylo by super, kdybychom je mohli spálit, spotřebovat je a tenhle matroš miluje. Je to reaktor s roztavenou solí. Má jádro a má tepelný výměník mezi horkou solí, radioaktivní solí, a chladnou solí, která radioaktivní není. Je pořád horká, ale už není radioaktivní. A potom je tam tepelný výměník, který tenhle design dělá fakt zajímavým, je to výměník s plynem. Teď se vrátím k tomu, jak je energie vyráběna - vlastně, jiná než fotovoltaická - je vyráběna vařením vody na páru, která roztáčí turbínu, to vlastně není moc efektivní, a opravdu jaderné elektrárny tohoto typu mají účinnost zhruba 30 - 35%. To je poměr mezi množstvím tepla vyrobeného v reaktoru a množstvím vyrobené elektřiny. Důvod, proč jsou tyhle reaktory tak málo účinné je, že fungují při celkem nízkých teplotách. Jsou provozovány přibližně tak od 200 do 300°C. A tyhle reaktory běží při teplotách 600 až 700 °C, to znamená vyšší pracovní teplota díky zákonům termodynamiky umožní vyšší efektivitu. A tenhle reaktor nepoužívá vodu. Používá plyn, superkritický CO2 nebo helium, a ten roztáčí turbínu, nazývá se to Braytonův cyklus. Tímhle termodynamickým cyklem produkujícím elektřinu jde dosáhnout účinnosti skoro 50%, mezi 45 a 50% účinnosti. Jsem z toho nadšený, protože to má kompaktní jádro. Reaktory s roztavenou solí jsou přirozeně kompaktní, ale, a to je taky super, dostanete z nich mnohem více elektřiny vzhledem k množství štěpeného uranu, nehledě na využitelnost. Jejich míra využití paliva je mnohem vyšší. Při stejném množství paliva, které dáte do reaktoru, je ho využito mnohem více. A problém tradičního jaderného reaktoru je, že máte tyče, to jsou v zirkonu zapouzdřené pelety s oxidem uraničitým. Je to celé keramika a keramika nerada uvolňuje, co je uvnitř. Takže tu máte něco, co se nazývá xenonová díra, některé produkty štěpení milujou neutrony. Milujou neutrony, které se uvolňují a zajišťují chod reakce. A oni je požírají, to znamená, že v kombinaci s tím, že zapouzdření moc dlouho nevydrží, udělá to, že můžete provozovat tyhle reaktory zhruba 18 měsíců bez výměny paliva. A tamty reaktory běží 30 let bez výměny paliva, což je dle mého, velmi, velmi úžasné, protože to znamená zapečetěný systém. Žádná výměna paliva znamená, že to můžete zapečetit a nemusíte řešit úniky radiace a nebudete mít žádné úniky jaderného nebo radiologického materiálu z jádra reaktoru. Vraťme se k bezpečnosti, protože každý teď po Fukušimě musí přehodnocovat jadernou bezpečnost a jedna z věcí, kterou jsem si stanovil při návrhu reaktoru, bylo, že musí být pasivně, sám o sobě bezpečný, a jsem opravdu nadšený ohledně tohohle reaktoru ze dvou podstatných důvodů. Za prvé, není provozován při vysokém tlaku. Tradiční reaktory, jako jsou tlakovodní reaktory (Temelín i Dukovany) nebo varné reaktory, ty jsou plné moc moc horké vody při vysokém tlaku a to v podstatě znamená, že v případě nehody, když máte jakoukoli trhlinu v ocelové tlakové nádobě, chladící kapalina uteče z jádra. Tamty reaktory jsou provozovány při atmosférickém tlaku, takže štěpné produkty nemají sklony v případě havárie unikat. Taky to provozujete při vysokých teplotách a palivo je už tekuté, nemá se vám co roztavit, ale i v případě, že by se reaktor dostal mimo tolerace nebo byste přišli o externí energii jako v případě Fukušimy, je tam záchytná nádrž. Protože je palivo tekuté a je smícháno s chladivem, můžete prostě vypustit jádro do takzvaného subkritického stavu, třeba do nádrže pod reaktorem, kde jsou nějaké lapače neutronů. To je opravdu důležité, protože to zastaví reakci. V tomhle druhu reaktoru je to možné udělat. V palivu, jak jsem už říkal, které je keramika uvnitř zirkonových palivových tyčí, a v případě nehody v jednom z reaktorů tohoto typu, Fukušina, Three Mile Island - o Three Mile Islandu se poslední dobou moc nemluvilo - ale s těmihle zirkonovými pouzdry v palivových tyčích, co se stane, když jsou ve vodě pod vysokým tlakem, párou, v oxidujícím prostředí, prostě vzniká vodík, a vodík je velmi výbušný dost, aby potom rozšířil štěpné produkty. Takže jádro tohohle reaktoru, které není pod tlakem a nemá tuhle chemickou reaktivitu, znamená, že štěpné produkty nemají sklon unikat z reaktoru. Takže i v případě havárie, jo, reaktor může být usmažený, což je, víte, průser pro výrobce elektřiny, ale nebudou kontaminovány velké plochy země. Opravdu si myslím, že za tak 20 let budeme mít fúzi a fúze se stane realitou, tohle by mohl být zdroj energie bez emisí uhlíku (oxidu uhličitého). Elektřina bez produkce uhlíku (oxidu uhličitého). A je to úžasná technologie, protože nejen, že bojuje proti klimatickým změnám, ale je to inovace. Je to způsob jak dostat elektřinu do rozvojových zemí, protože je vyrobena ve fabrice a je levná. Můžete je strčit kdekoli na světě budete chtít. A možná ještě něco navíc. Jako kluk jsem byl posedlý vesmírem. no, byl jsem taky posedlý jadernou fyzikou, ale předtím jsem byl posedlý vesmírem a byl jsem fakt nadšený představou, víte, že budu astronaut a budu navrhovat rakety, což mi přišlo jako něco strašně vzrušujícího. Ale myslím, že se k tomu vrátím, protože když si představíte kompaktní reaktor v raketě, s výkonem 50 - 100 megawattů. To je sen raketového konstruktéra. Stejně jako pro někoho, kdo navrhuje základnu na jiné planetě. Nejen, že máte 50 - 100 MW na napájení čehokoli chcete, na zajištění pohonu, abyste se tam dostali, ale máte i energii, když se tak pak dostanete. Víte, raketoví konstruktéři, kteří používají solární panely nebo palivové články, tím myslím pár wattů nebo kilowattů - wow, to je ale energie. Myslím tím, že teď mluvíme o 100 MW. To je kopa energie. Ta by mohla dodávat energii marťanské komunitě. Mohla by napájet raketu, která je tam dopraví. A taky doufám, že možná budu mít šanci zkoumat svou vášeň pro rakety zároveň s mou vášní pro jádro. A lidé řeknou: "Dobře, poslal jsi tuhle věc, radioaktivní věc, do vesmíru, a co nehody? Ale my vypouštíme plutoniové baterie pořád. Všichni byli opravdu vzrušení sondou Curiosity, ta měla na palubě velkou plutoniovou baterii plnou plutiona 238, které má vyšší specifickou aktivitu než nízko-obohacený uranové palivo v těch reaktorech s roztavenou solí, to znamená, že následky by byly zanedbatelné, protože je vypouštíte chladné, a když to dostanete do vesmíru, až tam aktivujete reaktor. Takže jsem tím fakt vzrušen. Myslím, že ten mnou navržený reaktor může být inovativním zdrojem energie pro všechny možné šikovné vědecké aplikace a opravdu je těším až s nimi začnu. V květnu jsem dokončil střední školu a - (Smích) (Potlesk) - K květnu jsem dokončil střední školu a rozhodl jsem se, že založím firmu pro zpeněžení těch technologií, které jsem vyvinul, ty revoluční detektory pro skenování kontejnerů se zbožím a systémy pro výrobu medicinálních izotopů, ale já chci dělat tohle a dávám dohromady tým několika z těch nejúžasnějších lidí, se kterými jsem měl šanci pracovat, a jsem opravdu připraven to uskutečnit. A myslím, myslím, že při pohledu na tu technologii, to bude levnější nebo stejně drahé jako zemní plyn a nemusíte doplňovat palivo dalších 30 let, což je výhodné pro rozvojové země. A ještě řeknu jednu možná filozofickou otázku na závěr, což je divné v podání vědce. Ale myslím, že je něco opravdu poetického na použití jaderné energie, aby nás vynesla ke hvězdám, protože hvězdy jsou obrovské fúzní reaktory. Jsou to obrovské jaderné kotle na nebi. Energie, díky které vám dnes mohu vykládat, byla přeměněna z chemické energie z jídla, původně pocházející z jaderné reakce, a tak je něco poetického na, dle mého názoru, zdokonalování jaderného štěpení a jeho použití jako budoucího zdroje inovativní energie. Takže vám všem děkuju. (Potlesk)
And this is buried below ground, which is really important. For someone who's done a lot of counterterrorism work, I can't extol to you how great having something buried below the ground is for proliferation and security concerns. And inside this reactor is a molten salt, so anybody who's a fan of thorium, they're going to be really excited about this, because these reactors happen to be really good at breeding and burning the thorium fuel cycle, uranium-233. But I'm not really concerned about the fuel. You can run these off -- they're really hungry, they really like down-blended weapons pits, so that's highly enriched uranium and weapons-grade plutonium that's been down-blended. It's made into a grade where it's not usable for a nuclear weapon, but they love this stuff. And we have a lot of it sitting around, because this is a big problem. You know, in the Cold War, we built up this huge arsenal of nuclear weapons, and that was great, and we don't need them anymore, and what are we doing with all the waste, essentially? What are we doing with all the pits of those nuclear weapons? Well, we're securing them, and it would be great if we could burn them, eat them up, and this reactor loves this stuff. So it's a molten salt reactor. It has a core, and it has a heat exchanger from the hot salt, the radioactive salt, to a cold salt which isn't radioactive. It's still thermally hot but it's not radioactive. And then that's a heat exchanger to what makes this design really, really interesting, and that's a heat exchanger to a gas. So going back to what I was saying before about all power being produced -- well, other than photovoltaic -- being produced by this boiling of steam and turning a turbine, that's actually not that efficient, and in fact, in a nuclear power plant like this, it's only roughly 30 to 35 percent efficient. That's how much thermal energy the reactor's putting out to how much electricity it's producing. And the reason the efficiencies are so low is these reactors operate at pretty low temperature. They operate anywhere from, you know, maybe 200 to 300 degrees Celsius. And these reactors run at 600 to 700 degrees Celsius, which means the higher the temperature you go to, thermodynamics tells you that you will have higher efficiencies. And this reactor doesn't use water. It uses gas, so supercritical CO2 or helium, and that goes into a turbine, and this is called the Brayton cycle. This is the thermodynamic cycle that produces electricity, and this makes this almost 50 percent efficient, between 45 and 50 percent efficiency. And I'm really excited about this, because it's a very compact core. Molten salt reactors are very compact by nature, but what's also great is you get a lot more electricity out for how much uranium you're fissioning, not to mention the fact that these burn up. Their burn-up is much higher. So for a given amount of fuel you put in the reactor, a lot more of it's being used. And the problem with a traditional nuclear power plant like this is, you've got these rods that are clad in zirconium, and inside them are uranium dioxide fuel pellets. Well, uranium dioxide's a ceramic, and ceramic doesn't like releasing what's inside of it. So you have what's called the xenon pit, and so some of these fission products love neutrons. They love the neutrons that are going on and helping this reaction take place. And they eat them up, which means that, combined with the fact that the cladding doesn't last very long, you can only run one of these reactors for roughly, say, 18 months without refueling it. So these reactors run for 30 years without refueling, which is, in my opinion, very, very amazing, because it means it's a sealed system. No refueling means you can seal them up and they're not going to be a proliferation risk, and they're not going to have either nuclear material or radiological material proliferated from their cores. But let's go back to safety, because everybody after Fukushima had to reassess the safety of nuclear, and one of the things when I set out to design a power reactor was it had to be passively and intrinsically safe, and I'm really excited about this reactor for essentially two reasons. One, it doesn't operate at high pressure. So traditional reactors like a pressurized water reactor or boiling water reactor, they're very, very hot water at very high pressures, and this means, essentially, in the event of an accident, if you had any kind of breach of this stainless steel pressure vessel, the coolant would leave the core. These reactors operate at essentially atmospheric pressure, so there's no inclination for the fission products to leave the reactor in the event of an accident. Also, they operate at high temperatures, and the fuel is molten, so they can't melt down, but in the event that the reactor ever went out of tolerances, or you lost off-site power in the case of something like Fukushima, there's a dump tank. Because your fuel is liquid, and it's combined with your coolant, you could actually just drain the core into what's called a sub-critical setting, basically a tank underneath the reactor that has some neutrons absorbers. And this is really important, because the reaction stops. In this kind of reactor, you can't do that. The fuel, like I said, is ceramic inside zirconium fuel rods, and in the event of an accident in one of these type of reactors, Fukushima and Three Mile Island -- looking back at Three Mile Island, we didn't really see this for a while — but these zirconium claddings on these fuel rods, what happens is, when they see high pressure water, steam, in an oxidizing environment, they'll actually produce hydrogen, and that hydrogen has this explosive capability to release fission products. So the core of this reactor, since it's not under pressure and it doesn't have this chemical reactivity, means that there's no inclination for the fission products to leave this reactor. So even in the event of an accident, yeah, the reactor may be toast, which is, you know, sorry for the power company, but we're not going to contaminate large quantities of land. So I really think that in the, say, 20 years it's going to take us to get fusion and make fusion a reality, this could be the source of energy that provides carbon-free electricity. Carbon-free electricity. And it's an amazing technology because not only does it combat climate change, but it's an innovation. It's a way to bring power to the developing world, because it's produced in a factory and it's cheap. You can put them anywhere in the world you want to. And maybe something else. As a kid, I was obsessed with space. Well, I was obsessed with nuclear science too, to a point, but before that I was obsessed with space, and I was really excited about, you know, being an astronaut and designing rockets, which was something that was always exciting to me. But I think I get to come back to this, because imagine having a compact reactor in a rocket that produces 50 to 100 megawatts. That is the rocket designer's dream. That's someone who is designing a habitat on another planet's dream. Not only do you have 50 to 100 megawatts to power whatever you want to provide propulsion to get you there, but you have power once you get there. You know, rocket designers who use solar panels or fuel cells, I mean a few watts or kilowatts -- wow, that's a lot of power. I mean, now we're talking about 100 megawatts. That's a ton of power. That could power a Martian community. That could power a rocket there. And so I hope that maybe I'll have an opportunity to kind of explore my rocketry passion at the same time that I explore my nuclear passion. And people say, "Oh, well, you've launched this thing, and it's radioactive, into space, and what about accidents?" But we launch plutonium batteries all the time. Everybody was really excited about Curiosity, and that had this big plutonium battery on board that has plutonium-238, which actually has a higher specific activity than the low-enriched uranium fuel of these molten salt reactors, which means that the effects would be negligible, because you launch it cold, and when it gets into space is where you actually activate this reactor. So I'm really excited. I think that I've designed this reactor here that can be an innovative source of energy, provide power for all kinds of neat scientific applications, and I'm really prepared to do this. I graduated high school in May, and -- (Laughter) (Applause) — I graduated high school in May, and I decided that I was going to start up a company to commercialize these technologies that I've developed, these revolutionary detectors for scanning cargo containers and these systems to produce medical isotopes, but I want to do this, and I've slowly been building up a team of some of the most incredible people I've ever had the chance to work with, and I'm really prepared to make this a reality. And I think, I think, that looking at the technology, this will be cheaper than or the same price as natural gas, and you don't have to refuel it for 30 years, which is an advantage for the developing world. And I'll just say one more maybe philosophical thing to end with, which is weird for a scientist. But I think there's something really poetic about using nuclear power to propel us to the stars, because the stars are giant fusion reactors. They're giant nuclear cauldrons in the sky. The energy that I'm able to talk to you today, while it was converted to chemical energy in my food, originally came from a nuclear reaction, and so there's something poetic about, in my opinion, perfecting nuclear fission and using it as a future source of innovative energy. So thank you guys. (Applause)