Nuclear Fusion – äärimmäinen puhtaan energian ratkaisu horisontissa

Tähtien Voima

Ydinvoimalla on huono maine monien ihmisten keskuudessa. Se on osittain perusteltua, sillä Tšernobylin tai Fukushiman kaltaiset katastrofit ovat saastuttaneet sen maineen.

Muut ihmiset ovat päinvastaisia, koska kaikki muu kuin atomien pilkkominen on primitiivinen ja tehoton tapa tuottaa energiaa. He viittaavat myös vähäisiin hiilidioksidipäästöihin ja erittäin vakaaseen perusvoimaan, jonka ydinenergia voi tarjota.

On todennäköistä, että ydinenergia tulee olemaan osa tulevaisuuden energiayhdistelmäämme, varsinkin kun 4^th ydinreaktorien sukupolvi alkaa tulla verkkoon, joka on puhtaampi, turvallisempi ja tehokkaampi.

Kaikki nämä reaktorit perustuvat kuitenkin ydinvoimakonseptiin fissio. Ne ottavat erittäin raskaita atomeja, kuten uraania, toriumia tai plutoniumia, ja keräävät energiaa, kun ne hajoavat kevyemmiksi alkuaineiksi.

Toinen ydinenergian muoto on ydin fuusio. Se perustuu siihen, että otetaan erittäin kevyitä elementtejä ja sulatetaan ne raskaampiin.

Ydinfuusio on kirjaimellisesti maailmankaikkeuden voimanlähteenä, ja jokainen tähti on jättimäinen ydinfuusioreaktori. Joka sekunti, aurinko kuluttaa 600 miljoonaa tonnia vetyä. Tämä tarkoittaa, että aurinko kuluttaa vetyä yhtä suuren määrän kuin koko Maan massa 70,000 XNUMX vuoden välein.

Hassua kyllä, se tarkoittaa, että aurinkoenergia (sekä tuuli, biomassa ja jopa viime kädessä fossiiliset polttoaineet) on oikeastaan ​​vain ydinfuusiovoimaa (auringosta), paitsi lisäaskelilla.

Joten jos voisimme kopioida vain pienen määrän tätä maapallolla, voisimme käyttää käytännössä rajattomasti energiaa. Toisin kuin uraani tai torium, jotka ovat suhteellisen harvinaisia, vetyä on 74 % kaikesta maailmankaikkeudessa olevasta aineesta.

Fission vs. Fuusio

Kun poltamme molekyylejä, kuten maakaasua tai öljyä, vapautamme molekyylin kemiallisten sidosten sisältämän energian. Tämä on melko korkea energiataso, mutta ei läheskään samalla alueella kuin atomien sisältämä energia.

Tämän vuoksi 1 kg uraania sisältää saman määrän energiaa kuin 2.7 miljoonaa kiloa hiiltä. Fuusiossa vety on vieläkin tehokkaampi.

Ydinenergiasta puhuttaessa voi olla hämmentävää ymmärtää, miksi energiaa voidaan valmistaa sekä fuusiosta että fissiosta.

Syynä on se, että atomin ytimen sisältämä energia vaihtelee alkuaineen painon mukaan. Raskaiden alkuaineiden ytimet sisältävät enemmän energiaa kuin keskipainoiset alkuaineet, joten hajoaessaan ne vapauttavat osan energiasta lämpönä ja säteilynä. Tätä lämpöä keräämme tuottaaksemme sähköä ydinvoimaloilla.

Mutta erittäin kevyet elementit ovat vielä energisempiä. Joten kun yhdistämme ne keskipainoisiksi elementeiksi, ne vapauttavat vielä enemmän energiaa.

Lähde: luonto

Tämän seurauksena ydinfuusio voi tuottaa 3-10 kertaa enemmän energiaa kuin atomien halkeaminen.

Yhdessä kevyimmän mahdollisen alkuaineen, vedyn, äärimmäisen runsauden kanssa tämä tekee ydinfuusiosta teoreettisesti rajattoman voiman lähteen, jota rajoittaa vain aineen kokonaismäärä koko maailmankaikkeudessa.

Jopa aurinkokunnassa kaasujättiläiset ja komeettapilvet sisältävät niin paljon vetyä, että se kääpiöi koko Maan massan.

Realistisesti, edes 1,000 nykyistä energiankulutustamme käyttävästä ihmissivilisaatiosta ei koskaan loppuisi polttoaine.

Vielä parempi, tuloksena saatu vetyfuusion tuote, helium, on myrkytön, kevyt ja kemiallisesti reagoimaton kaasu. Joten ei ikävää ydinjätettä käsitellä, kun prosessi on ohi.

Fuusio on vaikeaa

Miksi emme ole vielä saaneet ihmissivilisaatioon voimaa ydinfuusion avulla?

Asia on, että ydinfuusiota on vaikea saavuttaa. Vetyatomien ytimillä on positiivinen sähkövaraus ja ne kumoavat luonnollisesti toisensa. Siksi voi olla erittäin vaikeaa saada niitä tarpeeksi lähelle toisiaan fuusiota varten, kuten kaksi erittäin vahvaa magneettia kumoavat toisensa.

Luonnossa vain koko tähden murskausvoima riittää työntämään vetyatomeja tarpeeksi lähelle fuusion laukaisemiseksi. Jopa niin suuri kuin Jupiter on edelleen "liian pieni" saavuttaakseen sen.

Joten vetyatomien saattaminen lähelle toisiaan maan päällä on erittäin, erittäin vaikeaa.

Se on kuitenkin tehty ja se saavutettiin ensimmäisen kerran fuusiokoneella 1950-luvulla. Nämä koneet osoittivat fuusion luomisen toteutettavuuden, mutta ne eivät palauttaneet tarpeeksi energiaa verrattuna fuusion käynnistämiseen käytettyyn energiaan.

(TTeknisesti laajamittainen ydinfuusio saavutettiin jo vuonna 1952 ensimmäisellä lämpöydinpommilla, mutta tämä on tuskin käyttökelpoinen tekniikka turvallisen virtalähteen luomiseksi).

Toinen fuusion ongelma on, että ydinfuusioplasma on erittäin kuumaa, yleensä yli 100 miljoonaa celsiusastetta. Joten se on suljettava täydellisesti tai se sulattaa reaktorin.

Kaikkien näiden ratkaistavien ongelmien vuoksi ydinfuusio on ollut hitaasti etenevä kenttä, jonka sarkastinen kommentti: "Fuusio on aina 30 vuoden päässä".

Painovoiman korvaaminen

Tämä ongelma tuottaa riittävästi energiaa takaisin fuusiosta verrattuna siihen, jota käytetään ydinfuusioreaktion laukaisemiseen, on alalla toistuva ongelma. Koska fuusio on niin vaikea saavuttaa, jopa muutaman vetyatomin puristaminen on erittäin energiaintensiivistä.

Tähän mennessä on ehdotettu useita menetelmiä.

Jokaisen on osoitettu "toimivan", mikä tarkoittaa, että ne saavat vedyn tai muiden kevyiden alkuaineiden sulautumaan raskaammiksi elementeiksi ja vapauttamaan energiaa.

Tokamaks

Fuusioreaktorit luovat donitsin muotoisen magneettikentillä varustetun tilan, johon ydinfuusioplasma voidaan säilyttää.

Tämä on tällä hetkellä yksi malleista, joilla katsotaan olevan suurimmat mahdollisuudet optimoida kaupalliseksi fuusioreaktoriksi. Ensimmäinen tokamak rakennettiin vuonna 1958 ja se on peruskonsepti ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), suurin tutkimushanke kaupallisen fuusion kehittämiseksi, lähes kaikki teknisesti edistyneet maat osallistuvat hankkeeseen.

Lähde: DOE

ITER on kuitenkin ollut ongelmallinen hanke huomattavin viivein. Äskettäin ilmoitettiin, että energiaa tuottavia reaktioita ei ehkä tapahdu ennen vuotta 2039.

Muut magneetit -fuusioreaktorit

Tokamakien lisäksi muut mallit käyttävät magneetteja plasman puristamiseen ja rajoittamiseen. Tämä sisältää stellaraattorit, sferomakit ja kompaktit torit.

Stellareaktorissa donitsin muoto on epäsäännöllinen/kiertynyt. Teoriassa se voi mahdollistaa fuusioreaktioiden pidemmän keston ja vakaamman plasman. Käytännössä se on erittäin vaikea rakentaa ja sitä on pidetty vaikeampana kuin tokamakkeja. Tämä ylimääräinen monimutkaisuus myös teki mallintamisen tietokoneella erittäin vaikeaksi, mikä vaikeutti ennustamista ja teki rakentamisesta kalliimpaa.

Spheromaks ovat samanlaisia ​​kuin tokamakit, mutta ovat hieman erilaisia ​​​​tavassa, jolla ne indusoivat magneettikentän.

Kompaktit toroidit yritä luoda fuusio ilman magneettikelaa toruksen keskellä (munkin muotoinen), mikä vähentää monimutkaisten magneettien tarvetta.

laserit

Sen sijaan, että vetyatomeja puristettaisiin yhteen magneetilla, toinen lasereita käyttävä lähestymistapa yrittää tehdä niistä niin kuumia, että ne törmäävät toisiinsa, mikä sitten luo välittömästi shokkiaaltoja, jotka työntävät vetyatomeja yhteen.

Hyvä esimerkki on US National Ignition Facility (NIF), joka ohjaa, vahvistaa, heijastaa ja fokusoi 192 tehokasta lasersädettä noin kynäpyyhkimen kokoiseen kohteeseen. Tämä tuottaa 500 biljoonaa wattia huipputehoa yhdessä paikassa.

Lähde: Britannica

Tämä on toinen päärakenne, jonka katsotaan jonakin päivänä tuottavan elinkelpoisen kaupallisen fuusion.

Magneetteihin perustuva fuusio kamppailee monimutkaisen matematiikan ja suprajohdemateriaalitieteen kanssa. Laser-indusoitu fuusio kamppailee energian asianmukaisen toimittamisesta ja polttoaineen pitämisestä riittävän tiheänä ja homogeenisena, jotta fuusio voi tapahtua.

Sähköinen Push

Viimeinen mahdollinen tapa keinotekoisesti saavuttaa fuusio on tuottaa sähkövirroilla plasmaa tiukemmin puristava magneettikenttä tai Magnetized Target Fusion (MTF).

Yksi tällainen menetelmä on Z-puristusToinen menetelmä käyttää pneumaattisia mäntiä ja plasman ruiskutusta. Hiukkaskiihdytin voisi ehkä myös saavuttaa saman periaatteen.

Lähde: IEEE

Yleensä nämä mallit ovat yleensä paljon kompaktimpia kuin tokamak tai laserpohjainen fuusio.

Erityisesti se on yksityisten fuusioyhtiöiden suosima lähestymistapa Yleinen fuusio ja helion.

Steps to Commercial Fusion

tuotosten

Kuten edellä selitettiin, fuusio on vielä pitkälti kokeellinen ala, jolla ei ole vielä selvää tietä kohti kaupallisesti kannattavaa suunnittelua.

Kaiken kaikkiaan fuusioreaktorien tuotto on parantunut, mikä tarkoittaa, että ne alkavat vähitellen tuottaa enemmän fuusioenergiaa niihin ruiskutetusta energiasta fuusion käynnistämiseksi.

Vuonna 2022 US National Ignition Facilityn tutkijat ilmoittivat, että he "loivat reaktion, joka tuotti enemmän energiaa kuin he laittoivat".

Käytännössä tämä väite on hieman harhaanjohtava: laserkäyttöinen suunnittelu todellakin toimitti 2.05 megajoulea energiaa ja loi 3 megajoulea energiaa fuusion kautta.

Tämä jättää huomiotta sen tosiasian, että 2.05 megajoulen laserin luomiseksi näiden lasersäteiden luomiseen kului yhteensä 322 megajoulea sähköä. Joten käytännössä kokonaisenergian tuotto on edelleen 100x liian pieni tehdäkseen siitä "todellisen" positiivisen tuoton kyseisellä mallilla. Ja käytännössä jopa alhaisempi, koska kaikkea syntyvää lämpöä ei varmastikaan voitu muuttaa takaisin sähköksi.

Tämä on kuitenkin tärkeä virstanpylväs ja vaikuttava saavutus.

Plasman stabiilisuus ja reaktion kesto

Keskeisenä osana on arvioida itseään ylläpitävän fuusioreaktion tilanne, jossa aikaisempi energian vapautuminen riittää laukaisemaan lisää fuusiota. Viime aikoihin asti fuusioreaktiot ovat kestäneet parhaimmillaan muutaman kymmenen sekunnin. Tulevaisuuden kaupallisesti kannattavassa reaktorissa tällaiset reaktiot voivat kestää kymmeniä minuutteja tai jopa tunteja vakaamman plasman ansiosta.

Tämä saattaa olla lähempänä kuin monet odottivat uusi ennätys koko 6 minuuttia kestävästä fuusiosta, joka saavutettiin WEST (tungsten (W) Environment in Steady-state Tokamak) -laitteella Ranskassa.

Tämä havainnollistaa, kuinka kehittyneiden materiaalien, kuten volframin, innovatiivinen käyttö saattaa tasoittaa tietä dramaattiselle parannukselle verrattuna klassisiin fuusioreaktorirakenteisiin. Voit lukea lisää volframista ja tämän alan vaikeasti löydettävistä sijoitusmahdollisuuksista artikkelistamme "Tungsten – salainen korkean teknologian metalli".

Halvat suprajohteet

Tätä vaihetta tarvitaan erityisesti magneettipohjaisissa fuusioreaktorirakenteissa, mutta myös muissa, koska tehotasot vaativat yleensä joidenkin suprajohdemateriaalien käyttöä jossain järjestelmässä.

Onneksi paremmat suprajohteet tai jopa huoneenlämpöiset suprajohdeteknologiat edistyvät nopeasti. Voit lukea tämän aiheen yksityiskohdat artikkelistamme "Suprajohtavuuden edistyminen, joka luo tietä uudelle teknologiselle vallankumoukselle".

AI

Plasma on uskomattoman monimutkainen aineen tila, joka on hyvin erilainen kuin muut 3 (kiinteä, nestemäinen, kaasu). Se on erittäin kuuma ja yleisesti ottaen muuttuu nopeasti erittäin epävakaaksi.

Epävakaa plasma ei yleensä pysy suljettuna pitkään reaktorissa, mikä keskeyttää ydinfuusioprosessin.

Kompensoimiseksi ydinreaktorimagneetit yrittävät jatkuvasti stabiloida plasmaa säätämällä magneettikenttää reaaliajassa. Niihin liittyvä matematiikka on hämmästyttävän monimutkaista, ja jopa supertietokoneet voivat kamppailla niiden kanssa, varsinkin jos niiden on suoritettava ne nopeasti ohjatakseen oikean reaktion reaktorin magneetille.

Tämä voi muuttua tekoälyn edistymisen ansiosta, kuten kerroimme äskettäisessä artikkelissa. Siellä selitimme, kuinka tekoäly oppi ennustamaan plasman epävakauden syntymistä jopa 300 ms etukäteen.

"Meidän ei enää tarvitse odottaa epävakauksien ilmaantumista ja sitten ryhtyä nopeisiin korjaaviin toimiin ennen kuin plasma häiriintyy."

Turvallisuus

Ydinfuusio on luonnostaan ​​paljon turvallisempaa kuin ydinfissio. Fuusioreaktio pysähtyy automaattisesti, kun plasma laajenee, mikä tarkoittaa, että ei ole olemassa minkäänlaista riskiä karkaavasta ketjureaktiosta.

Ennen kuin siitä tulee laajamittainen voimanlähde, ydinfuusion on kuitenkin ratkaistava muutamia turvallisuuskysymyksiä:

• Monissa reaktorirakenteissa käytetään tritiumia, koska nämä fuusioreaktiot on helpompi laukaista kuin deuterium-deuterium-fuusio. Tritium on kuitenkin radioaktiivista, joten mikä tahansa reaktorin vika voi johtaa (pieneen) radioaktiiviseen kontaminaatioon.
• Plasman epävakaus ja korkean energian fysiikka sisältävät luontaisen riskin. Käyttäjien turvassa pitäminen ja reaktorin vahingoittumattomana jatkuvan sähköntuotantotoiminnan aikana edellyttää hyviä turvallisuusmenetelmiä ja todennäköisesti suunnittelun optimointia.
• Ydinfuusio tuottaa toisinaan neutroneja, jotka muuttavat reaktorin seinän hitaasti radioaktiiviseksi jätteeksi. Vaikka nämä jätteet ovat tilavuudeltaan minimaalisia, ne on käsiteltävä asianmukaisesti komponenttien tai koko reaktorien käyttöiän lopussa.

Afferentit aiheet

Avaruusfuusiopropulsio

Tällä hetkellä ydinfuusiota haetaan ensisijaisesti sen potentiaalin vuoksi maapallon sähköntuotannossa. Toinen ala, joka hyötyisi suuresti ydinfuusion hallitsemisesta, on avaruustutkimus ja kolonisaatio.

Polttoainemassaan verrattuna erittäin korkean hyötysuhteensa ja erittäin korkeiden lämpötilojensa ansiosta ydinfuusioreaktorit tarjoavat täydellisen syvän avaruuden propulsiojärjestelmän.

Teoriassa se voisi tarjota erittäin nopean kiihtyvyyden ja matka-ajan, alhaisella polttoaineentarpeella ja parannetun miehistön turvallisuuden verrattuna vaihtoehtoihin, kuten kemiallisiin tai ydinfissiomoottoriin. Helppo pääsy ja vedyn ylimäärä avaruudessa ovat lisäbonus.

Käytännössä fuusioreaktorin tekeminen riittävän pieneksi ja kevyeksi sopimaan avaruusalukseen voi olla haastavaa, vaikka olisimme hallitseneet suunnittelun maan päällä.

Jos ydinfuusiosta tulisi kaupallisesti kannattavaa, tämä mullistaisi täysin sen mahdollisuuden avaruuteen perustuva talous (josta keskustelemme tässä artikkelissamme fuusion kanssa ja ilman), ja tekevät ihmiskunnasta välittömästi avaruudessa liikkuvan lajin.

Kylmäfuusio

Kylmäfuusio on kiistanalainen aihe. Tämä on ajatus siitä, että ydinfuusio voitaisiin saavuttaa ilman plasmaa matalissa lämpötiloissa.

Ehdotettu menetelmä olisi käyttää muotoaan muuttavia materiaaleja siten, että vetyatomit jäävät loukkuun ja pakotetaan sulautumaan yhteen. Sen saavuttamiseksi on ehdotettu vetyä sisältäviä metalleja, kuten palladiumia, erbiumia ja titaania.

Vuonna 1989 tutkijat Stanley Pons ja Martin Fleischmann väittivät saavuttaneensa tällaisen fuusion. Valitettavasti tiedeyhteisön vuosien yrittäminen toistaa löydöksiä ovat toistaiseksi epäonnistuneet. johtaa syytöksiin huonosta tieteestä tai jopa suorasta petoksesta.

Seuraava kiista vaurioittaisi pysyvästi tämän käsitteen imagoa. Siitä huolimatta pieni joukko tutkijoita työskentelee edelleen sen parissa, yleensä nimillä Low Energy Nuclear Reactions (LENR), Condensed Matter Nuclear Science (CMNS) tai Chemically Assisted Nuclear Reactions (CANR).

Kiinnostus alaa kohtaan on herännyt uudelleen 2020-luvulla, jolloin halutaan ohittaa epävakavan tutkimuksen leima. Erityisesti Yhdysvaltain valtion virasto ARPA-E julkaisi vuonna 2023 kourallisen apurahoja matalaenergisiä ydinreaktioita (LENR) tutkivien tutkimusryhmien rahoittamiseen., seurata NASAn tutkijoiden vuonna 2020 saavuttamat kiehtovat tulokset.

Kylmäfuusio on tällä hetkellä hyvin epävarmaa ja spekulatiivista. Vakavan ja hyvin rahoitetun tutkimuksen paluu kentälle saattaa kuitenkin selventää tilannetta ja määrittää, voisiko tästä tulla varteenotettava tie ydinfuusion saavuttamiseksi.

Bubble Fusion

Toinen ajatus on, että ydinfuusio voi tapahtua kuplissa, kun ne romahtavat; Esimerkiksi veteen voi muodostua kuplia, kun ne altistetaan ultraäänelle. Tätä ideaa kutsutaan joskus myös sonofuusioksi.

Teoriassa nesteen kuplan romahtamisen aiheuttamat shokkiaallot voivat olla riittävän voimakkaita aiheuttamaan fuusiota, ei täysin toisin kuin laserin aiheuttamat shokkiaallot. Se voisi selittää ilmiön sonoluminesenssi (vielä ymmärtämätön valon emissio, kun kupla romahtaa).

Ajatus on yhtä kiistanalainen kuin kylmäfuusio, ja sen pääpromoottoria on kritisoitu laajasti.

Ajatus ei kuitenkaan ehkä ole niin kuollut kuin kahden viime vuosikymmenen kiistan aikana saattoi näyttää.

Toukokuussa 2024 tieteellinen artikkeli "Neutronipäästön havainnointi deuteroidun titaanijauheen akustisen kavitaation aikana", joka julkaistiin erittäin arvostetussa Nature-lehdessä, väitti havaitseensa mahdollisia fuusiotapahtumia raskaan veden kuplien ja titaanihiukkasten kanssa.

Pystyimme ylläpitämään neutronien tuotantoa useita tunteja ja toistimme kokeen useita kertoja erilaisissa olosuhteissa. Oletamme, että havaitut neutronit ovat peräisin titaanihilaan liuenneiden deuterium-ionien ydinfuusion seurauksena osuvien kavitaatiosuihkujen mekaanisesta vaikutuksesta.

Titaanihilan (kuten kylmäfuusiossa) sekoitus kavitaatioon (kuplat) on enemmän kuin kiehtova, ja julkaisu erittäin vakavassa vertaisarvioidussa lehdessä saattaa herättää uudelleen kiinnostuksen alaa kohtaan, jolloin "kylmäkuplafuusio" saattaa olla odottamaton. tieteellinen läpimurto.

Yksityinen sektori astuu sisään

Plasmafysiikan ja ydinfuusion alat ovat alusta asti olleet enimmäkseen valtion julkisen rahoituksen ohjaamaa tutkimusta.

Tämä on järkevää, koska ne olivat erittäin hyödyllisiä ydinaseiden kehittämisohjelmissa, kun esimerkiksi US National Ignition Facility kehitettiin alun perin korvaamaan ydinasekokeita enemmän kuin tutkimaan ydinfuusiota.

Tieteen segmenttinä, jolla ei ole suoria kaupallisia sovelluksia, fuusiorahoituksen täytyi tulla pääasiassa julkiselta ja akateemiselta sektorilta.

Tämä muuttuu kolmen tekijän lähentymisen ansiosta:

1. Vuosikymmenten kokemus alalta on luonut suuren määrän vapaasti saatavaa tietoa ja koulutettuja tutkijoita, jotka voivat työskennellä kaupallisissa yrityksissä.
2. Ydinfuusio näyttää olevan kaupallisesti lähempänä toteutumista kuin koskaan ennen, mikä lisää sijoittajien innostusta. Ja "moonshot" -tyylinen sijoitukset ovat nyt suosittuja, ydinfuusio saattaa olla paras moonshot yhdessä asteroidien louhinnan kanssa, mikä ratkaisee pysyvästi energian ja raaka-aineiden niukkuuden ongelmat.
3. Ilmastonmuutos, geopolitiikka ja luonnonvarojen ehtyminen ovat kaikki lähentymässä lisäämään runsaan hiilineutraalin energialähteen kysyntää.

Joten uutta ydinfuusiopyrkimysten aaltoa ohjaavat nyt yksityiset yritykset, jotka haluavat muokata reaktorisuunnitelmia ensimmäisistä periaatteista, tutkia uusia menetelmiä ja yrittää jäljitellä fuusiosektorille sitä, mitä SpaceX:n kaltaiset yritykset ovat saavuttaneet avaruuslentojen alalla (kuten aiemmin ajateltiin mahdoton raketin uudelleenkäyttö).

Fuusioyhtiöt

Tällä hetkellä yksikään yritys, joka on sitoutunut tekemään ydinfuusiota kaupallisesti elinkelpoiseksi, ei ole julkisesti listattu. Tämä sisältää helion, Yleinen fuusio, Commonwealth Fusion, TEA Technologies, ZAP energiaja NEO Fusion. Voit löytää an kattava luettelo ydinfuusioalan startupeista Dealroomin omalla sivulla.

1. Yleinen fuusio

General on yksi startupeista, joka johtaa fuusiota yksityisen sektorin hankkeeseen julkisrahoitteisen fysiikkaprojektin sijaan.

Yritys perustettiin jo vuonna 2002 kehittämään Magnetized Target Fusion (MTF) -teknologiaa.

Yhtiö odottaa MTF:n olevan lyhyempi tie energiapositiiviseen fuusioon ja olevan paljon halvempi. General Fusion oli ensimmäinen maailmassa, joka rakensi ja otti käyttöön kompaktin toroidisen plasmasuuttimen voimalaitoksen mittakaavassa vuonna 2010 ja on saavuttanut sen jälkeen monia muita virstanpylväitä.

Lähde: Yleinen fuusio

Yhtiön tavoitteena on saavuttaa fuusio 100 miljoonan celsiusasteen lämpötilassa vuonna 2025 ja edetä kohti energian nollatasoa (positiivinen tuotto ydinfuusionista) vuonna 2026. Sitä ennen 1/5^th mittakaavassa oleva malli on tehty vuonna 2023 ja sen suorituskyky vastasi tietokonemallien odotuksia.

Kaiken kaikkiaan General Fusion on käyttänyt 2 vuosikymmentä rakentaen askel askeleelta jokaista lopullisen suunnittelunsa ydinteknologiaa, testannut jokaista matkan varrella ja validoinut idean onnistuneesti, ainakin toistaiseksi.

Yksityisenä yrityksenä sen ei tarvinnut keskustella ja neuvotella mistään suunnittelumuutoksesta, toisin kuin kansainväliset hankkeet, kuten ITER. Se voisi myös valita teknologian omien ansioidensa mukaan ilman, että sen pitäisi päättää, pitäisikö tietyn maan saada sopimus poliittisista syistä riippumatta.

Lähde: Yleinen fuusio

Tästä syystä monet odottavat, että General Fusion ja muutamat sen kilpailijat hallitsevat sitä, mitä suuret valtion hankkeet eivät ehkä pysty.

2. Lockheed Martin Corporation

Yksi merkittävä poikkeus alaa hallitseviin yksityisesti noteerattuihin startup-yrityksiin on julkisesti noteerattu yritys Lockheed Martin Corporation, puolustusteollisuuden jättiläinen.

Lockheed on toiminut 2010-luvun alusta lähtien Compact Fusion, ydinfuusioreaktorin, jonka odotetaan olevan valmis 2020-luvulla. Sittemmin on kuitenkin ilmoitettu, että projektin työt keskeytettiin vuonna 2021.

Yritys on ollut erittäin huomaamaton tämän hankkeen suhteen ensimmäisen hyvin julkisen ilmoituksen jälkeen. Toistaiseksi on epäselvää, mikä olisi saanut yrityksen luopumaan ideasta.

Samalla näyttää siltä, ​​​​että se ei täysin hylännyt konseptia, erityisesti investoimalla vuonna 2024 Helicityyn, startupiin, joka kehittää fuusiomoottoria.

Ajatuksena olisi ajaa avaruusaluksia lyhyillä fuusiopurskeilla. Helicity aikoo käyttää plasmapistoolia, samaa lähestymistapaa kuin General Fusion.

Mahdollisesti Lockheedin omat sisäiset tulokset ovat osoittaneet, että niiden suunnittelu ei pystyisi ylläpitämään fuusiota tavalla, joka on yhteensopiva energiantuotannon kanssa.

Mutta ehkä samaan aikaan lyhyet purskeet riittävät propulsion tarpeeseen avaruudessa ja paljon lähempänä todellista tuotetta? Se sopisi myös paremmin yrityksen yleiseen ilmailu- ja puolustuspainotteiseen profiiliin.

3. TAE Technologies

Aiemmin nimellä Tri Alpha Energy tunnettu kalifornialainen yritys keskittyy fuusioenergiateknologian kehittämiseen. TAE Technologies päivittää parhaillaan fuusioalustaansa, Normania, kuudennen sukupolven koneeksi nimeltä Copernicus.

Lähde: TAE

TAE-teknologia luottaa hiukkaskiihdyttimiin, jotka ruiskuttavat energiaa plasmaan ja "toimivat sakeuttamisaineena, joka tekee siitä paremmin hallittavissa".

Yritys käyttää myös laajasti 3D-tulostusta Copernicuksen valmistuksessa, mikä mahdollistaa uusien osien nopean iteroinnin ja nopeamman ongelmanratkaisun. Se onnistui esimerkiksi tulostamaan joitakin reaktorin osia puolella painolla siitä, mitä tavanomaisella valmistuksella olisi saavutettu.

Lähde: TAE

Jos kaikki sujuu hyvin, yritys aikoo rakentaa ensimmäisen prototyyppivoimalaitoksensa, joka voisi liittyä verkkoon 2030-luvun alussa. Sen skaalaamista "vankan ja luotettavan" kaupallisen voiman kehittämiseksi jatkuisi vuosikymmenen ajan. Fusion, sen toimitusjohtajan Michl Binderbauerin mukaan, veisi meidät "yltäkylläisyyden paradigmaan".

Viimeiset 25 vuotta yhtiö on toiminut "raha virstanpylväältä" -mallilla, jossa jokainen rahoituskierros ansaitaan vain sijoittajille luvattujen virstanpylväiden saavuttamisen perusteella.

Vuonna 2022 Google ja Chevron sijoittivat TAE Technologiesiin osana yhtiön 250 miljoonan dollarin rahoituksen korotusta. Google on itse asiassa tehnyt yhteistyötä TAE:n kanssa jo kymmenen vuoden ajan ja tarjoaa yritykselle tekoälyä ja laskentatehoa.

Yritys tarjoaa myös life science palvelut (Boron Neutron Capture Therapy -BNCT) ja tehoratkaisut, kuten akut ja e-mobiili.

4. helion

Helion pyrkii luomaan fuusiota deuteriumin ja helium-3:n kanssa sen sijaan, että keskitytään yleisempään fuusioimiseen tritiumin kanssa.

Normaalisti helium-3:a on erittäin vaikea löytää. Mutta Helionilla on menetelmä tuottaa se deuteriumista omassa reaktorissaan. Muuten olisi luultavasti tarvittu vaihtoehtoja, kuten todentamaton kaivostoiminta Kuussa.

Kuten useimmat yksityiset fuusioyritykset, Helion käyttää plasmaruiskutustekniikkaa.

Toinen ainutlaatuinen ominaisuus on suora sähkön talteenotto plasmasta käyttämällä Faradayn lakia indusoimaan virta, ohittaen suoraan ydinvoimaloissa yleisen höyryn lämmityssyklin.

Tämä liike on melko rohkea, mutta se voi myös kasvattaa tulevien voimalaitosten tuottoa 2-3-kertaiseksi, sillä lämmön muuntaminen höyryksi sähköksi on yleensä erittäin alhainen. Se on myös erittäin capex-intensiivinen toimenpide.

Helionin fuusiovoimalaitoksen polttoainekustannusten, alhaisten käyttökustannusten, korkean käytettävyyden ja kilpailukykyisten pääomakustannusten ennustetaan olevan mitättömät. Koneemme vaativat paljon pienemmät kustannukset pääomalaitteista, koska voimme tehdä fuusion niin tehokkaasti emmekä vaadi suuria höyryturbiineja, jäähdytystorneja tai muita perinteisten fuusiomenetelmien kalliita vaatimuksia.

Helion toimii tällä hetkellä kolmekymmentä, sen 6^th sukupolven reaktori, joka on saavuttanut yli 10,000 100 pulssia ja XNUMX miljoonaa celsiusastetta.

Lähde: helion

Se on tällä hetkellä muuttamassa kohteeseen Polaris, sen seuraavan mallin odotetaan nousevan jopa 100 kertaa nopeammin kuin Trenta, mikä tekisi siitä ensimmäisen ydinfuusion, joka tuottaa nettohyötyä sähköä.

On syytä huomata, että Polaris olisi 19 metriä pitkä, kaukana jättimäisestä asennuksesta verrattuna muihin klassisempiin fuusioreaktorirakenteisiin.