היתוך גרעיני - פתרון האנרגיה הנקייה האולטימטיבי באופק

כוחם של כוכבים

לכוח גרעיני יש מוניטין רע עם אנשים רבים. זה מוצדק בחלקו, כאשר אסונות כמו צ'רנוביל או פוקושימה הכתימו את המוניטין שלה.

לאנשים אחרים יש דעה הפוכה, בהתחשב בכך שכל דבר פחות מפיצול אטומים הוא דרך פרימיטיבית ולא יעילה להפקת אנרגיה. הם גם מצביעים על פליטת הפחמן הנמוכה וכוח עומס הבסיס היציב ביותר שאנרגיה גרעינית יכולה לספק.

סביר להניח שאנרגיה גרעינית תהיה חלק ממנה תמהיל האנרגיה העתידי שלנו, במיוחד כ 4^th דור של כורים גרעיניים מתחיל לעלות לרשת, שיהיה נקי יותר, בטוח יותר ויעיל יותר.

עם זאת, כל הכורים הללו מסתמכים על הרעיון של גרעין ביקוע. הם לוקחים אטומים כבדים מאוד כמו אורניום, תוריום או פלוטוניום, ואוספים אנרגיה כשהם מתפרקים ליסודות קלים יותר.

צורה נוספת של אנרגיה גרעינית היא גרעינית היתוך. זה מסתמך על נטילת אלמנטים קלים מאוד והפיכתם להתמזג לכבדים יותר.

היתוך גרעיני הוא ממש מה שמניע את היקום, כאשר כל כוכב הוא כור היתוך גרעיני ענק. כל שנייה, השמש צורכת 600 מיליון טון מימן. לשם התייחסות, זה אומר שהשמש צורכת כמות מימן גדולה כמו כל המסה של כדור הארץ כל 70,000 שנה.

באופן מצחיק למדי, זה אומר שאנרגיה סולארית (כמו גם רוח, ביומסה, ואפילו דלקים מאובנים בסופו של דבר) היא למעשה רק כוח היתוך גרעיני (מהשמש), למעט צעדים נוספים.

אז אם נוכל לשכפל רק כמות קטנה מזה על כדור הארץ, נוכל לגשת לאספקת אנרגיה כמעט בלתי מוגבלת. בניגוד לאורניום או תוריום, שהם נדירים יחסית, מימן הוא 74% מכל החומר הזמין ביקום.

ביקוע נגד היתוך

כאשר אנו שורפים מולקולות כמו גז טבעי או נפט, אנו משחררים את האנרגיה הכלולה בקשרים הכימיים של המולקולה. זוהי רמת אנרגיה גבוהה למדי, אך אינה מתקרבת לאותו טווח כמו האנרגיה הכלולה באטומים עצמם.

זו הסיבה 1 ק"ג של אורניום מכיל את אותה כמות אנרגיה כמו 2.7 מיליון ק"ג פחם. מימן, כאשר הוא עובר היתוך, הוא אפילו יותר חזק.

כאשר דנים באנרגיה גרעינית, זה יכול להיות מבלבל להבין מדוע אתה יכול לייצר אנרגיה גם מהיתוך וגם מהביקוע.

הסיבה היא שהאנרגיה הכלולה בגרעין האטום משתנה בהתאם למשקל היסוד. גרעינים של יסודות כבדים מכילים יותר אנרגיה מאשר יסודות בעלי משקל בינוני, כך שכאשר הם מתפצלים, הם משחררים חלק מהאנרגיה הזו כחום וקרינה. החום הזה הוא מה שאנחנו אוספים כדי לייצר כוח עם תחנות כוח גרעיניות.

אבל אלמנטים קלים מאוד הם אפילו יותר אנרגטיים. אז כשאנחנו ממזגים אותם לאלמנטים בעלי משקל בינוני, הם משחררים אפילו יותר אנרגיה.

מקור: טבע

כתוצאה מכך, היתוך גרעיני יכול לייצר פי 3-10 יותר אנרגיה מפיצול אטומים.

בשילוב עם השפע הקיצוני של היסוד הקל ביותר האפשרי, מימן, זה הופך באופן תיאורטי את ההיתוך הגרעיני למקור של כוח בלתי מוגבל, מוגבל רק על ידי כמות החומר הכוללת ביקום כולו.

אפילו במערכת השמש, ענקי הגז וענני השביט מכילים כל כך הרבה מימן שהוא מגמד את כל מסת כדור הארץ.

באופן מציאותי, אפילו ציוויליזציה אנושית המשתמשת ב-1,000 צריכת האנרגיה הנוכחית שלנו לעולם לא תיגמר הדלק.

אפילו טוב יותר, התוצר המתקבל של היתוך מימן, הליום, הוא גז לא רעיל, קל ולא מגיב מבחינה כימית. אז, אין פסולת גרעינית מגעיל להתמודד איתה כשהתהליך יסתיים.

פיוז'ן זה קשה

מדוע עדיין לא הפעלנו את הציוויליזציה האנושית באמצעות היתוך גרעיני?

ובכן, העניין הוא שקשה להשיג היתוך גרעיני. לגרעיני אטומי המימן יש מטען חשמלי חיובי ובאופן טבעי מבטלים זה את זה. אז זה יכול להיות מאוד קשה לקרב אותם מספיק זה לזה בשביל היתוך, כמו 2 מגנטים חזקים במיוחד המבטלים זה את זה.

בטבע, רק כוח המשיכה המוחץ של כוכב שלם מספיק כדי לדחוף אטומי מימן קרוב מספיק כדי להפעיל היתוך. אפילו משהו גדול כמו צדק עדיין "קטן מדי" כדי להשיג אותו.

אז, לגרום לאטומי מימן להתקרב זה לזה בכדור הארץ זה מאוד מאוד קשה.

עם זאת, זה נעשה והושג לראשונה על ידי מכונת היתוך בשנות החמישים. מכונות אלו הדגימו את ההיתכנות של יצירת היתוך אך לא הצליחו להחזיר מספיק אנרגיה בהשוואה לאנרגיה המשמשת להפעלת היתוך.

(Tמבחינה תכנית, היתוך גרעיני בקנה מידה גדול הושג כבר ב-1952 עם הפצצה התרמו-גרעינית הראשונה, אבל זו בקושי טכניקה שמישה ליצירת ספק כוח בטוח).

בעיה נוספת עם היתוך היא שפלסמת היתוך גרעיני היא חמה ביותר, בדרך כלל מעל 100 מיליון מעלות צלזיוס. אז זה צריך להיות מוכל בצורה מושלמת אחרת זה ימיס את הכור.

בגלל כל הבעיות הללו שיש לפתור, היתוך גרעיני היה תחום שנע באיטיות, עם ההערה הסרקסטית ש"היתוך הוא תמיד 30 שנה בעתיד".

החלפת כוח המשיכה

הנושא הזה של יצירת מספיק אנרגיה חזרה מהיתוך, בהשוואה לזו המשמשת להפעלת תגובת ההיתוך הגרעיני, הוא נושא שחוזר על עצמו בשטח. מכיוון שכל כך קשה להשיג היתוך, דחיסת אפילו רק כמה אטומי מימן היא עתירת אנרגיה.

כמה שיטות הוצעו עד כה.

כל אחד מהם הוכח כ"עובד", כלומר הוא גורם למימן או ליסודות קלים אחרים להתמזג ליסודות כבדים יותר ולשחרר אנרגיה.

טוקאמקס

כורי היתוך יוצרים חלל בצורת סופגניה עם שדות מגנטיים, שבו ניתן להכיל את פלזמת ההיתוך הגרעיני.

זהו כיום אחד העיצובים הנחשבים לבעלי הסיכוי הגבוה ביותר לעבור אופטימיזציה לכור היתוך מסחרי. הטוקמק הראשון נבנה בשנת 1958 והוא הרעיון הבסיסי עבור ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), מאמץ המחקר הגדול ביותר לפיתוח היתוך מסחרי, עם כמעט כל המדינות המתקדמות מבחינה טכנולוגית משתתפות בפרויקט.

מקור: DOE

עם זאת, ITER היה פרויקט בעייתי עם עיכובים ניכרים. לאחרונה, הוכרז כי ייתכן שתגובות יוצרות אנרגיה לא יקרו לפני 2039.

מגנטים אחרים כורי היתוך

מלבד טוקאמקים, עיצובים אחרים משתמשים במגנטים כדי לדחוס ולחסום את הפלזמה. זה כולל כוכבים, ספרומאקים וטורי קומפקטיים.

בכוכבית, צורת הסופגניה אינה סדירה/מעוותת. בתיאוריה, זה יכול לאפשר משך זמן ארוך יותר של תגובות היתוך ופלזמה יציבה יותר. בפועל, קשה מאוד לבנות אותו ונחשב לקשה יותר מטוקמקים. גם רמת מורכבות נוספת זו הקשה מאוד על המודל על מחשב, מה שהפך את זה לקשה יותר לחזות ויקר יותר לבנות.

ספרומקס דומים לטוקמקים אך שונים במקצת באופן שבו הם גורמים לשדה המגנטי.

טורואידים קומפקטיים נסו ליצור היתוך ללא סליל מגנטי במרכז הטורוס (צורת סופגניה), תוך צמצום הצורך במגנטים מורכבים.

לייזרים

במקום לסחוט אטומי מימן יחד עם מגנט, גישה אחרת באמצעות לייזרים מנסה לגרום להם להיות כל כך חמים עד שהם מתנגשים זה בזה, מה שיוצר באופן מיידי גלי הלם הדוחפים את אטומי המימן זה לזה.

דוגמה טובה היא מתקן ההצתה הלאומי של ארה"ב (NIF), המנחה, מגביר, משקף וממקד 192 קרני לייזר עוצמתיות למטרה בערך בגודל של מחק עיפרון. זה מספק 500 טריליון וואט של שיא הספק במקום אחד.

מקור: בריטניקה

זהו העיצוב העיקרי האחר שנחשב כצפוי שיספק יום אחד היתוך מסחרי בר-קיימא.

היתוך מבוסס מגנט נאבק במתמטיקה מורכבת ובמדעי החומר של מוליכים-על. היתוך המושרה בלייזר נאבק באספקת האנרגיה כראוי ושמירה על הדלק צפוף והומוגני מספיק כדי להתרחש היתוך.

דחיפה חשמלית

שיטה אפשרית אחרונה להשגת היתוך מלאכותית היא להשתמש בזרמים חשמליים כדי ליצור את השדה המגנטי הלוחץ את הפלזמה חזק יותר, או היתוך מטרה מגנטית (MTF).

שיטה אחת כזו היא צביטה Z, שיטה אחרת משתמשת בבוכנות פניאומטיות ובהזרקת פלזמה. מאיץ חלקיקים יכול אולי גם להשיג את אותו עיקרון.

מקור: IEEE

באופן כללי, עיצובים אלה נוטים להיות הרבה יותר קומפקטיים מאשר טוקאמק או היתוך מבוסס לייזר.

יש לציין כי זו הגישה המועדפת על חברות ההיתוך הפרטיות פיוז'ן כללי ו הליון.

שלבים להיתוך מסחרי

תשואות

כפי שהוסבר לעיל, היתוך הוא עדיין תחום ניסוי, ללא נתיב ברור לעבר עיצוב בר-קיימא מבחינה מסחרית.

בסך הכל, התפוקה של כורי היתוך השתפרה, כלומר הם מתחילים בהדרגה להניב יותר אנרגיית היתוך מהאנרגיה המוזרקת אליהם כדי להפעיל את ההיתוך.

בשנת 2022 הודיעו חוקרים במתקן ההצתה הלאומי של ארה"ב כי הם "יצרו תגובה שיצרה יותר אנרגיה ממה שהם הכניסו".

בפועל, הטענה הזו מעט מטעה: העיצוב המופעל בלייזר אכן סיפק 2.05 מגה-ג'אול של אנרגיה ויצר 3 מגה-ג'אול של אנרגיה של אנרגיה באמצעות היתוך.

זה מתעלם מהעובדה שכדי ליצור את 2.05 מגה-ג'אול של לייזר, כמות החשמל הכוללת השווה ל-322 מגה ג'אול של אנרגיה נצרך ליצירת קרני לייזר אלו. כך שבפועל, החזר האנרגיה הכולל עדיין קטן פי 100 מכדי להפוך אותה לתשואה חיובית "אמיתית" עם המודל הזה. ואפילו נמוך מזה בפועל, כי מה שבטוח, לא ניתן היה להמיר את כל החום שנוצר בחזרה לכוח.

בכל זאת מדובר בציון דרך חשוב והישג מרשים.

יציבות פלזמה ומשך תגובה

החלק המרכזי יהיה להעריך את המצב של תגובת היתוך המקיימת את עצמה, כאשר שחרור האנרגיה הקודם מספיק כדי להפעיל יותר היתוך. עד לאחרונה, תגובות היתוך נמשכו לכל היותר כמה עשרות שניות. בכור עתידי בר-קיימא מסחרית, תגובות כאלה יכולות להימשך עשרות דקות או אפילו שעות, הודות לפלזמה יציבה יותר.

זה עשוי להיות קרוב יותר ממה שרבים ציפו, עם שיא חדש של היתוך שלמים באורך 6 דקות שהושג על ידי מכשיר WEST (טונגסטן (W) Environment in Steady-state Tokamak) בצרפת.

זה ממחיש כיצד השימוש החדשני בחומרים מתקדמים כמו טונגסטן עשוי לסלול את הדרך לשיפור דרסטי בהשוואה לעיצובי כורי ההיתוך הקלאסיים. אתה יכול לקרוא עוד על טונגסטן והזדמנויות השקעה שקשה למצוא במגזר זה במאמר שלנו "טונגסטן – מטאל ההיי-טק הסודי".

מוליכי-על זולים

שלב זה נחוץ במיוחד עבור תכנונים של כורי היתוך מבוססי מגנט, אך גם עבור אחרים, שכן רמות הכוח דורשות בדרך כלל כמה חומרים של מוליכים-על לשמש איפשהו במערכת.

למרבה המזל, מוליכים טובים יותר, או אפילו טכנולוגיית מוליכים בטמפרטורת החדר, מתקדמים במהירות. אתה יכול לקרוא את הפרטים של הנושא הזה במאמר שלנו "התקדמות במוליכות-על מפנה מקום למהפכה טכנולוגית חדשה".

AI

פלזמה היא מצב מורכב להפליא של חומר, שונה מאוד מ-3 האחרים (מוצק, נוזל, גז). הוא חם מאוד ובסך הכל הופך מהר מאוד לא יציב.

פלזמה לא יציבה נוטה לא להישאר סגורה לאורך זמן בכור, מה שמפריע לתהליך ההיתוך הגרעיני.

כדי לפצות, מגנטים של כור גרעיני מנסים לייצב כל הזמן את הפלזמה, תוך התאמת השדה המגנטי בזמן אמת. המתמטיקה הקשורה אליהם מורכבת בצורה מדהימה, ואפילו מחשבי-על יכולים להיאבק בהם, במיוחד אם הם צריכים לבצע אותם במהירות כדי להורות על התגובה הנכונה למגנט של הכור.

זה יכול להשתנות, הודות להתקדמות ב-AI, כפי שדיווחנו במאמר לאחרונה. שם, הסברנו כיצד בינה מלאכותית למדה לחזות את הופעת חוסר היציבות בפלזמה עד 300 אלפיות השנייה מראש.

"אנחנו כבר לא צריכים לחכות לחוסר היציבות שיתרחשו ואז לנקוט בפעולה מתקנת מהירה לפני שהפלזמה תופרע."

בְּטִיחוּת

היתוך גרעיני הוא מטבעו הרבה יותר בטוח מביקוע גרעיני. תגובת ההיתוך נעצרת אוטומטית כאשר הפלזמה מתרחבת, כלומר אין סיכון כלשהו לתגובת שרשרת בורחת.

עם זאת, לפני הפיכתו למקור כוח בקנה מידה גדול, היתוך גרעיני עדיין יצטרך להתמודד עם כמה בעיות בטיחות:

• תכנוני כורים רבים משתמשים בטריטיום, מכיוון שקל יותר להפעיל תגובות היתוך אלו מאשר היתוך דאוטריום-דאוטריום. עם זאת, טריטיום הוא רדיואקטיבי, כך שכל כשל בכור עלול להוביל לזיהום רדיואקטיבי (קטן).
• חוסר יציבות פלזמה ופיזיקה עתירת אנרגיה טומנים בחובם סיכון מובנה. שמירה על בטיחות המפעילים והכור ללא פגיעה במהלך פעולות הפקת חשמל מתמשכות תדרוש נהלי בטיחות טובים וכנראה ייעול תכנון.
• היתוך גרעיני אכן מייצר מדי פעם נויטרונים, אשר לאט לאט יהפכו את קיר הכור לפסולת רדיואקטיבית. בעוד שהפסולת הזו מינימלית בנפחה, יהיה צורך לעבד אותה כראוי בסוף החיים של הרכיבים או של הכורים בכללותם.

נושאים אפרנטיים

Space Fusion Propulsion

נכון לעכשיו, היתוך גרעיני נחרץ בעיקר על הפוטנציאל שלו בייצור חשמל על פני כדור הארץ. מגזר נוסף שירוויח מאוד משליטה בהיתוך גרעיני הוא חקר החלל וקולוניזציה.

הודות ליעילות הגבוהה מאוד שלו בהשוואה למסת הדלק, כמו גם לטמפרטורות גבוהות במיוחד, כורי היתוך גרעיני מייצרים את מערכות ההנעה המושלמות בחלל העמוק.

בתיאוריה, הוא יכול לספק האצה וזמן נסיעה מהירים מאוד, עם צריכת דלק נמוכה, ובטיחות משופרת עבור הצוות בהשוואה לחלופות כמו מנועי ביקוע כימי או גרעיני. קלות הגישה ושפע היתר של מימן בחלל הם בונוס נוסף.

בפועל, הפיכת כור היתוך קטן וקל מספיק כדי להתאים לחללית עשויה להיות מאתגרת, גם לאחר שנשלט על התכנון על פני כדור הארץ.

האם היתוך גרעיני יהיה בר-קיימא מבחינה מסחרית, זה יעשה מהפכה מוחלטת בסיכוי של כלכלה מבוססת חלל (עליה אנו דנים עם ובלי היתוך במאמר שלנו כאן), ולהפוך באופן מיידי את המין האנושי למין בעל חלל.

פיוז'ן קר

היתוך קר הוא נושא שנוי במחלוקת. בתפיסה, זהו הרעיון שניתן להשיג היתוך גרעיני ללא פלזמה בטמפרטורות נמוכות.

שיטה מוצעת תהיה להשתמש בחומרים המשנים צורה בצורה כזו שאטומי מימן נלכדים ונאלצים להתמזג יחד. מתכות המושרות מימן כמו פלדיום, ארביום וטיטניום הוצעו כדי להשיג זאת.

ב-1989 טענו החוקרים סטנלי פונס ומרטין פליישמן שהשיגו היתוך כזה. לרוע המזל, שנים של ניסיון לשחזר את הממצאים על ידי הקהילה המדעית עד כה לא הצליחו, מה שמוביל להאשמות של מדע באיכות ירודה או אפילו הונאה מוחלטת.

המחלוקת הבאה תפגע לצמיתות בתדמית המושג הזה. עם זאת, הוא עדיין עובד על ידי מספר קטן של מדענים, בדרך כלל תחת השמות Low Energy Nuclear Reactions (LENR), Condensed Matter Nuclear Science (CMNS), או Chemical Assisted Nuclear Reactions (CANR).

התעניינות מחודשת בתחום התרחשה בשנות ה-2020, בניסיון לעבור את הסטיגמה של מחקר לא רציני. במיוחד, סוכנות ממשלת ארה"ב ARPA-E הכריזה ב-2023 על קומץ מענקים למימון קבוצות מחקר הבודקות תגובות גרעיניות בעלות אנרגיה נמוכה (LENR), הבא תוצאות מסקרנות שהשיגו חוקרי נאס"א ב-2020.

היתוך קר כרגע מאוד לא ודאי וספקולטיבי. עם זאת, החזרה של מחקר רציני וממומן היטב לתחום עשויה להבהיר את המצב ולקבוע אם זה יכול להפוך לנתיב בר-קיימא להשגת היתוך גרעיני.

Bubble Fusion

רעיון נוסף הוא שהיתוך גרעיני עלול להתרחש בבועות כשהן מתמוטטות; לדוגמה, בועות עלולות להיווצר במים כאשר מועברים לאולטרסאונד, רעיון שנקרא לפעמים גם sonofusion.

בתיאוריה, גלי ההלם שנוצרו כתוצאה מהתמוטטות של בועה בנוזל יכולים להיות חזקים מספיק כדי לגרום לאיחוי, לא לגמרי כמו שגלי הלם המושרים על ידי לייזר עושים. זה יכול להסביר את התופעה של sonoluminescence (פליטת האור שעדיין לא מובנת כאשר בועה מתמוטטת).

הרעיון שנוי במחלוקת כמו היתוך קר, כשהמקדם הראשי שלו זכה לביקורת רבה.

עם זאת, ייתכן שהרעיון לא מת כמו ששני העשורים האחרונים של מחלוקות יראו אותו.

במאי 2024, מאמר מדעי שכותרתו "תצפית על פליטת נויטרונים במהלך קוויטציה אקוסטית של אבקת טיטניום מפושטת", שפורסם בכתב העת היוקרתי Nature, טען כי זיהה אירועי היתוך פוטנציאליים עם בועות של מים כבדים מעורבבים עם חלקיקי טיטניום.

הצלחנו לקיים את ייצור הנייטרונים במשך מספר שעות וחזרנו על הניסוי מספר פעמים בתנאים שונים. אנו משערים שהנייטרונים הנצפים מקורם בהיתוך גרעיני של יוני דאוטריום המומסים בסריג טיטניום עקב הפעולה המכנית של סילוני הקוויטציה הפוגעים.

השילוב של סריג טיטניום (כמו בהיתוך קר) עם קוויטציה (בועות) הוא יותר ממסקרן, והפרסום בכתב עת רציני מאוד שעוסק בביקורת עמיתים עשוי להצית מחדש את העניין במגזר, עם אולי "היתוך בועות קר" בלתי צפוי. פריצת דרך מדעית.

המגזר הפרטי נכנס

מאז הקמתה, תחומי הפיזיקה הפלזמה וההיתוך הגרעיני מונעים בעיקר על ידי מחקר ממשלתי ממימון ציבורי.

זה הגיוני, מכיוון שהם היו שימושיים מאוד עבור תוכניות פיתוח נשק גרעיני, כאשר, למשל, מתקן ההצתה הלאומי של ארה"ב פותח בתחילה כדי להחליף ניסויים בנשק גרעיני יותר מאשר לחקור היתוך גרעיני.

כמגזר של מדע ללא יישומים מסחריים ישירים, המימון להיתוך היה צריך להיות בעיקר מהמגזר הציבורי והאקדמי.

זה משתנה הודות להתכנסות של 3 גורמים:

1. עשרות שנות ניסיון במגזר יצרו גוף גדול של ידע חופשי לגישה ומדענים שעברו הכשרה שיכולים לעבוד עבור חברות מסחריות.
2. היתוך גרעיני נראה קרוב יותר להשגה מסחרית מאי פעם, מה שמגביר את ההתלהבות של המשקיעים. וסגנון השקעות "יריית ירח" פופולרי כעת, כאשר היתוך גרעיני אולי צילום הירח האולטימטיבי יחד עם כריית אסטרואידים, בהתאמה פותרים לצמיתות את בעיות המחסור באנרגיה ובחומרי גלם.
3. שינויי אקלים, גיאופוליטיקה ודלדול משאבים כולם מתכנסים כדי להגביר את הביקוש למקור אנרגיה נייטרלי פחמן בשפע.

אז גל חדש של מאמצי היתוך גרעיני מונע כעת על ידי חברות פרטיות, המבקשות לעבד מחדש את עיצובי הכורים מהעקרונות הראשונים, לחקור שיטות חדשות, ולנסות לשחזר עבור מגזר ההיתוך את מה שחברות כמו SpaceX השיגו עבור טיסה לחלל (כמו שחשבו בעבר שימוש חוזר רקטי בלתי אפשרי).

חברות פיוז'ן

נכון לעכשיו, אף אחת מהחברות המוקדשות להפיכת היתוך גרעיני לכדאית מסחרית אינה רשומה בבורסה. זה כולל הליון, פיוז'ן כללי, חבר העמים פיוז'ן, TEA Technologies, ZAP Energy, ו-NEO Fusion. אתה יכול למצוא א רשימה נרחבת של סטארט-אפים בתחום ההיתוך הגרעיני בעמוד הייעודי של Dealroom.

1. פיוז'ן כללי

ג'נרל הוא אחד מהסטארט-אפים המובילים את האחריות להפיכת היתוך למיזם במגזר הפרטי, במקום פרויקט פיזיקה במימון ציבורי.

החברה הוקמה כבר לפני 2002, כדי לפתח את טכנולוגיית Magnetized Target Fusion (MTF).

MTF צפויה על ידי החברה להיות דרך קצרה יותר להיתוך חיובי לאנרגיה ולעלות הרבה פחות. ג'נרל פיוז'ן היה הראשון בעולם שבנה והזמין מזרק פלזמה טורואיד קומפקטי בקנה מידה של תחנת כוח ב-2010. הגיע לאבני דרך רבות יותר מאז.

מקור: פיוז'ן כללי

החברה שואפת להגיע להיתוך עם טמפרטורת 100 מיליון מעלות צלזיוס בשנת 2025 ולהתקדם לעבר איזון אנרגיה (החזר חיובי מהיתוך גרעיני) בשנת 2026. לפני כן, 1/5^th דגם מוקטן נוצר בשנת 2023 והביצועים שלו תאמו את הציפיות מדגמי מחשב.

בסך הכל, ג'נרל פיוז'ן הקדישה 2 עשורים לבניית שלב אחר שלב כל אחת מטכנולוגיות הליבה של העיצוב הסופי שלה, בדק כל אחת לאורך הדרך ואימתה בהצלחה את הרעיון, לפחות עד כה.

כחברה פרטית, היא לא הייתה צריכה לדון ולנהל משא ומתן על כל שינוי עיצובי, בניגוד לפרויקטים בינלאומיים כמו ITER. היא יכולה גם לבחור טכנולוגיה על פי הכשרון שלה, מבלי להחליט אם מדינה מסוימת צריכה לקבל את החוזה ללא קשר לסיבה פוליטית.

מקור: פיוז'ן כללי

זו הסיבה שרבים מצפים שג'נרל פיוז'ן וכמה מהמתחרים שלה ינהלו את מה שפרויקטים ממשלתיים גדולים אולי לא.

2. חברת לוקהיד מרטין

חריג אחד בולט לסטארטאפים פרטיים השולטים בתחום הוא החברה הנסחרת בבורסה חברת לוקהיד מרטין, ענק של התעשייה הביטחונית.

לוקהיד עבדה מאז תחילת שנות ה-2010 ואילך קומפקטי פיוז'ן, כור היתוך גרעיני שצפוי להיות מוכן עד שנות ה-2020. עם זאת, מאז פורסם כי העבודה על הפרויקט הופסקה ב-2021.

החברה הייתה מאוד דיסקרטית לגבי הפרויקט הזה לאחר הודעה ראשונית מאוד פומבית. עד היום לא ברור מה יכול היה לגרום לחברה לנטוש את הרעיון.

יחד עם זאת, נראה שהיא לא נטשה לחלוטין את הרעיון, בעיקר עם השקעות בשנת 2024 ב- Helicity, סטארט-אפ שמפתח מנוע היתוך.

הרעיון יהיה להניע חלליות עם פרצי היתוך קצרים. הליסיטי מתכננת להשתמש באקדח פלזמה, אותה גישה שננקטה על ידי גנרל פיוז'ן.

באופן פוטנציאלי, התוצאות הפנימיות של לוקהיד עצמה הראו שהתכנון שלהם לא יכול לקיים היתוך בצורה שתואמת לייצור אנרגיה.

אבל אולי במקביל, מספיקים פרצים קצרים לצורך בהנעה בחלל וקרוב הרבה יותר להפוך למוצר ממשי? זה גם יתאים טוב יותר לפרופיל הכולל של החברה הממוקדת בתעופה וחלל ובהגנה.

3. טכנולוגיות TAE

הידועה בעבר בשם Tri Alpha Energy, החברה שבסיסה בקליפורניה מתמקדת בפיתוח טכנולוגיית אנרגיה היתוך. TAE Technologies משדרגת בימים אלה את פלטפורמת ההיתוך שלה, Norman, למכונה מהדור השישי בשם Copernicus.

מקור: טה

טכנולוגיית TAE מסתמכת על מאיצי חלקיקים כדי להחדיר אנרגיה לפלזמה ו"לשמש כחומר מעבה שהופך אותה לניתנת יותר לניהול".

החברה גם משתמשת רבות בהדפסת תלת מימד בייצור קופרניקוס, מה שמאפשר איטרציות מהירות של חלקים חדשים ופתרון בעיות מהיר יותר. לדוגמה, היא הצליחה להדפיס כמה מרכיבי כור במחצית המשקל ממה שהייצור הקונבנציונלי היה משיג.

מקור: טה

אם הכל יעבור חלק, החברה מצפה לבנות את תחנת הכוח הראשונה שלה שיכולה להתחבר לרשת בתחילת שנות ה-2030, קנה המידה לפיתוח כוח מסחרי "חזק ואמין" יימשך לאורך העשור. פיוז'ן, לדברי המנכ"לית מיכל בינדרבאואר, תוביל אותנו ל"פרדיגמה של שפע".

ב-25 השנים האחרונות פעלה החברה על פי מודל "כסף אחר אבן דרך", שבו כל סבב גיוס מתקבל רק על בסיס עמידה באבני דרך שהובטחו למשקיעים.

בשנת 2022, גוגל ושברון השקיעו ב-TAE Technologies כחלק מגיוס של 250 מיליון דולר של החברה. גוגל למעשה שותפה עם TAE כבר עשור ומספקת לחברה בינה מלאכותית וכוח חישובי.

כמו כן מציעה החברה שירותי מדעי החיים (Boron Neutron Capture Therapy -BNCT) ו פתרונות כוח כמו סוללות וניידות אלקטרונית.

4. הליון

Helion שואפת ליצור היתוך עם דאוטריום והליום-3, במקום הגישה הנפוצה יותר להתמקד בהיתוך עם טריטיום.

בדרך כלל קשה מאוד למצוא הליום-3. אבל להליון יש שיטה לייצר אותו מדוטריום בכור משלו. אחרת, כנראה היה צורך בחלופות כמו כרייה לא מוכחת עבורו על הירח.

כמו רוב המיזמים הפרטיים בהיתוך, Helion משתמשת בטכנולוגיית הזרקת פלזמה.

תכונה ייחודית נוספת היא התמקדות בלכידת חשמל ישירה מהפלזמה, תוך שימוש בחוק פאראדיי כדי להשרות זרם, תוך דילוג ישיר על מחזור חימום הקיטור הנפוץ בתחנות כוח גרעיניות.

המהלך הזה הוא נועז למדי, אבל גם יכול להגדיל את התשואה של תחנות כוח עתידיות פי 2-3, שכן המרת חום לקיטור להספק היא בדרך כלל ביעילות נמוכה מאוד. זה גם הליך מאוד עתיר השקעה.

תחנת כוח ההיתוך של Helion צפויה להיות בעלת עלות דלק זניחה, עלות תפעול נמוכה, זמן עבודה גבוה ועלות הון תחרותית. המכונות שלנו דורשות עלות נמוכה בהרבה על ציוד הון מכיוון שאנו יכולים לבצע היתוך ביעילות רבה כל כך ואינם דורשים טורבינות קיטור גדולות, מגדלי קירור או דרישות יקרות אחרות של גישות היתוך מסורתיות.

הליון פועלת כיום שלושים, זה 6^th כור דור שהשיג 10,000+ פולסים וטמפרטורות של 100 מיליון מעלות צלזיוס.

מקור: הליון

כרגע זה עובר ל פולאריס, הדגם הבא שלה צפוי לדחוף עד פי 100 מהר יותר מאשר טרנטה, מה שיהפוך אותו להיתוך הגרעיני הראשון שמייצר רווח נקי של חשמל.

ראוי לשים לב שאורכו של פולריס יהיה 19 מ', רחוק מלהיות מתקן ענק בהשוואה לתכנונים אחרים, קלאסיים יותר של כורי היתוך.