Nuclear Fusion – Ang Pinakamahusay na Malinis na Solusyon sa Enerhiya sa Hinaharap

Ang Kapangyarihan ng mga Bituin

Nuclear power ay may masamang reputasyon sa maraming tao. Bahagi ito ay may katwiran, dahil sa mga sakuna tulad ng Chernobyl o Fukushima na nagdumi sa kanyang reputasyon.

May ibang tao na may kabaligtaran na opinyon, na itinuturing na ang anumang hindi paghahati ng mga atom ay isang primitibo at hindi epektibong paraan ng paggawa ng enerhiya. Binibigyang-diin din nila ang mababang carbon emissions at napakataas na stable na baseload power na maibibigay ng nuclear energy.

Malamang na magiging bahagi ang nuclear energy ng ating hinaharap na halo ng enerhiya, lalo na habang ang ika-4^th na henerasyon ng mga nuclear reactor ay nagsisimulang mag-operate, na magiging mas malinis, mas ligtas, at mas epektibo.

Gayunpaman, lahat ng mga reactor na ito ay nakasalalay sa konsepto ng nuclear fission. Kinukuha nila ang napakabigat na mga atom tulad ng uranium, thorium, o plutonium, at kinokolekta ang enerhiya kapag nababali ang mga ito tungo sa mas magagaan na elemento.

Ang isa pang anyo ng nuclear energy ay nuclear fusion. Nakasalalay ito sa pagkuha ng napakagaan na mga elemento at pinagsasama ang mga ito upang maging mas mabigat.

Ang nuclear fusion ay literal na siyang nagbibigay ng lakas sa uniberso, kung saan ang bawat bituin ay isang napakalaking nuclear fusion reactor. Bawat segundo, ang araw ay kumokonsumo ng 600 milyong tonelada ng hydrogen. Bilang sanggunian, nangangahulugan ito na ang araw ay kumokonsumo ng dami ng hydrogen na kasinglaki ng kabuuang masa ng Daigdig tuwing 70,000 taon.

Katatawanan, nangangahulugan ito na ang solar energy (gaya rin ng hangin, biomass, at kahit ang huling fossil fuels) ay talagang nuclear fusion power (mula sa araw), ngunit may karagdagang mga hakbang.

Kaya, kung maipapakita natin kahit kaunting bahagi nito sa Earth, makakakuha tayo ng halos walang limitasyong suplay ng enerhiya. Taliwas sa uranium o thorium, na medyo bihira, ang hydrogen ay 74% ng lahat ng materyal na available sa uniberso.

Fission Vs. Fusion

Kapag sinusunog natin ang mga molekula tulad ng natural gas o langis, pinapalaya natin ang enerhiya na nakapaloob sa chemical bonds ng molekula. Ito ay medyo mataas na antas ng enerhiya ngunit hindi kahalintulad ng enerhiya na nasa mismong mga atom.

Ito ang dahilan kung bakit 1 kg ng uranium ay naglalaman ng parehong dami ng enerhiya tulad ng 2.7 milyong kg ng karbon. Ang hydrogen, kapag sumasailalim sa fusion, ay mas makapangyarihan pa.

Kapag tinatalakay ang nuclear energy, maaaring nakakalito kung bakit maaaring makagawa ng enerhiya mula sa parehong fusion at fission.

Ang dahilan ay ang enerhiya na nakapaloob sa nucleus ng atom ay nag-iiba depende sa bigat ng elemento. Ang mga mabibigat na elemento ay may mas maraming enerhiya sa kanilang nucleus kaysa sa mga katamtamang bigat, kaya kapag nahati, naglalabas ito ng ilang enerhiya bilang init at radiation. Ang init na ito ang kinokolekta natin upang makagawa ng kuryente sa mga nuclear power plant.

Ngunit ang napakagaan na mga elemento ay mas masigla pa. Kaya kapag pinagsasama natin ang mga ito upang makabuo ng katamtamang bigat na elemento, naglalabas ito ng mas maraming enerhiya.

Pinagmulan: Nature

Bilang resulta, ang nuclear fusion ay maaaring mag-produce ng 3-10x na mas maraming enerhiya kaysa sa paghahati ng mga atom.

Kasama ng napakalawak na abundansya ng pinakamagaan na elemento, ang hydrogen, teoretikal na ginagawa nitong nuclear fusion ang pinagmumulan ng walang limitasyong kapangyarihan, na limitado lamang ng kabuuang dami ng materya sa buong uniberso.

Maging sa solar system, ang mga gas giant at ang mga ulap ng kometa ay naglalaman ng napakaraming hydrogen na lampas pa sa kabuuang masa ng Daigdig.

Sa realistic na pananaw, kahit na ang isang sibilisasyon ng tao ay gagamit ng 1,000 beses ng kasalukuyang konsumo ng enerhiya, hindi ito mauubos ang gasolina.

Mas maganda pa, ang produkto ng hydrogen fusion, ang helium, ay isang hindi nakakalason, magaan, at kemikal na hindi reaktibong gas. Kaya, walang nakakasamang nuclear waste na kailangang harapin kapag natapos na ang proseso.

Fusion Is Hard

Bakit hindi pa natin napapagana ang sibilisasyon ng tao gamit ang nuclear fusion?

Ang katotohanan ay mahirap makamit ang nuclear fusion. Ang mga nucleus ng hydrogen atom ay may positibong electric charge at natural na nagtutulak sa isa’t isa. Kaya napakahirap na mapalapit sila nang sapat para mag-fuse, katulad ng dalawang napakalakas na magnet na nagtutulak sa isa’t isa.

Sa kalikasan, tanging ang napakalakas na gravity ng isang buong bituin ang sapat upang itulak ang mga hydrogen atom na maglapit at mag-trigger ng fusion. Kahit ang napakalaking Jupiter ay “masyadong maliit” pa rin para makamit ito.

Kaya, ang pagpapalapit ng mga hydrogen atom sa Earth ay napaka‑napakahirap.

Gayunpaman, nagawa na ito at unang naabot ng fusion machine noong 1950s. Ipinakita ng mga makinang ito ang posibilidad ng paglikha ng fusion ngunit nabigo na magbalik ng sapat na enerhiya kumpara sa enerhiyang ginamit para i-trigger ang fusion.

(Technically, large-scale nuclear fusion was achieved as early as 1952 with the first thermonuclear bomb, but this is hardly a usable technique for creating a safe power supply).

Isa pang isyu sa fusion ay ang plasma ng nuclear fusion ay napakainit, kadalasan lampas sa 100 milyong degree Celsius. Kaya kailangan itong ganap na mapigil o kung hindi ay matutunaw ang reactor.

Dahil sa lahat ng problemang ito, ang nuclear fusion ay naging mabagal na larangan, na may sarkastikong komento na “Fusion ay palaging 30 taon sa hinaharap”.

Replacing Gravity

Ang isyung ito ng paglikha ng sapat na enerhiya pabalik mula sa fusion, kumpara sa ginamit para i-trigger ang nuclear fusion reaction, ay paulit-ulit na problema sa larangan. Dahil napakahirap ng fusion, ang pag-compress kahit ng ilang hydrogen atom ay napaka‑enerhiya‑intensive.

Maraming mga pamamaraan ang iminungkahi na hanggang ngayon.

Bawat isa ay napatunayan nang “gumagana”, ibig sabihin na nagdudulot ito ng hydrogen o iba pang magagaan na elemento na magsanib upang maging mas mabigat na elemento at maglabas ng enerhiya.

Tokamaks

Ang mga fusion reactor ay lumilikha ng donut‑shaped na espasyo gamit ang magnetic fields, kung saan maaaring mapigil ang nuclear fusion plasma.

Ito ay kasalukuyang isa sa mga disenyo na itinuturing na may pinakamataas na tsansa na ma‑optimize tungo sa isang komersyal na fusion reactor. Ang unang tokamak ay itinayo noong 1958 at ito ang batayang konsepto para sa ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), ang pinakamalaking pagsisikap sa pananaliksik upang makabuo ng komersyal na fusion, na halos lahat ng teknolohikal na maunlad na bansa ay kalahok sa proyekto.

Pinagmulan: DOE

Gayunpaman, ang ITER ay isang problemadong proyekto na may malaking pagkaantala. Kamakailan, inanunsyo na maaaring hindi mangyari ang energy‑producing reactions bago ang 2039.

Other Magnets Fusion Reactors

Bukod sa tokamaks, ang iba pang mga disenyo ay gumagamit ng mga magnet upang i‑compress at i‑confine ang plasma. Kabilang dito ang stellarators, spheromaks, at compact tori.

Sa isang stellarator, ang hugis ng donut ay irregular/twisted. Sa teorya, maaari nitong pahabain ang tagal ng fusion reactions at magkaroon ng mas stable na plasma. Sa praktika, napakahirap itong buuin at itinuturing na mas mahirap kaysa sa tokamaks. Ang karagdagang antas ng komplikasyon na ito ay ginawang napakahirap i‑model sa computer, na nagpapahirap sa prediksyon at nagpapamahal sa konstruksyon.

Spheromaks ay katulad ng tokamaks ngunit medyo iba sa paraan ng pag‑induce ng magnetic field.

Compact toroids ay sinusubukang lumikha ng fusion nang walang magnetic coil sa gitna ng torus (donut shape), na nagbabawas ng pangangailangan para sa komplikadong mga magnet.

Lasers

Sa halip na pisilin ang mga hydrogen atom gamit ang magnet, isang ibang pamamaraan gamit ang lasers ang sinusubukang gawing napakainit ang mga ito upang magbanggaan, na agad lumikha ng shockwaves na nagtutulak sa mga hydrogen atom na magsama.

Isang magandang halimbawa ay ang U.S. National Ignition Facility (NIF), na nagga‑guide, nag‑amplify, nag‑reflect, at nag‑focus ng 192 malalakas na laser beam papunta sa isang target na kasing laki ng lapis na goma. Ito ay naghahatid ng 500 trilyong watt ng peak power sa isang punto.

Pinagmulan: Britannica

Ito ang isa pang pangunahing disenyo na itinuturing na malamang na maghatid ng viable na komersyal na fusion balang araw.

Ang magnet‑based fusion ay nahihirapan sa komplikadong matematika at superconductor material science. Ang laser‑induced fusion ay nahihirapan sa tamang paghahatid ng enerhiya at pagpapanatiling dense at homogeneous ang fuel para mag‑fusion.

Electric Push

Isang huling posibleng paraan upang artipisyal na makamit ang fusion ay ang paggamit ng electric currents upang lumikha ng magnetic field na nagko‑compress ng plasma nang mas mahigpit, o Magnetized Target Fusion (MTF).

Isang halimbawa nito ay ang Z-pinch, isa pang pamamaraan ang gumagamit ng pneumatic pistons at injection ng plasma. Maaaring makamit din ito ng particle accelerator.

Pinagmulan: IEEE

Sa pangkalahatan, ang mga disenyo na ito ay mas compact kumpara sa tokamak o laser‑based fusion.

Kapansin‑panuri, ito ang pamamaraan na pinapaboran ng mga pribadong kumpanya ng fusion tulad ng General Fusion (GFUZ )  at Helion.

Steps To Commercial Fusion

Yields

Tulad ng ipinaliwanag sa itaas, ang fusion ay nananatiling isang eksperimento, na walang malinaw na landas patungo sa isang komersyal na disenyo.

Sa pangkalahatan, ang yield ng mga fusion reactor ay patuloy na bumubuti, ibig sabihin unti‑unti nilang napapalaki ang dami ng fusion energy na nanggagaling sa enerhiyang inilalagay upang i‑trigger ang fusion.

Noong 2022, inanunsyo ng mga mananaliksik sa US National Ignition Facility na “nakalikha sila ng reaksyon na naglabas ng mas maraming enerhiya kaysa sa inilagay nila”.

Sa praktika, medyo nakaliligaw ang pahayag na ito: ang laser‑powered na disenyo ay talagang naghatid ng 2.05 megajoules ng enerhiya at lumikha ng 3 megajoules ng enerhiya sa pamamagitan ng fusion.

Hindi ito binanggit na upang lumikha ng 2.05 megajoules ng laser, kailangan ng kabuuang 322 megajoules ng kuryente upang makagawa ng mga laser beam na ito. Kaya sa praktika, ang kabuuang return ng enerhiya ay 100 beses pa ring mas maliit upang maging “tunay” na positibong return sa modelong iyon. At mas mababa pa ito sa praktika dahil, tiyak, hindi lahat ng init na nabuo ay maaaring i‑convert pabalik sa kuryente.

Gayunpaman, ito ay isang mahalagang milestone at isang kahanga‑hang tagumpay.

Plasma Stability And Reaction Duration

Ang susi ay ang pagsusuri sa sitwasyon ng isang self‑sustaining fusion reaction, kung saan ang nakaraang paglabas ng enerhiya ay sapat upang i‑trigger ang karagdagang fusion. Hanggang kamakailan, ang mga fusion reaction ay tumatagal lamang ng ilang dosenang segundo. Sa isang hinaharap na komersyal na reactor, maaaring tumagal ang mga reaksyon ng ilang dosenang minuto o kahit oras, salamat sa mas stable na plasma.

Maaaring mas malapit ito kaysa sa inaasahan ng marami, sa bagong rekord ng isang buong 6‑minutong fusion na naabot ng WEST (tungsten (W) Environment in Steady‑state Tokamak) device sa Pransya.

Ipinapakita nito kung paano ang makabagong paggamit ng advanced na materyales tulad ng tungsten ay maaaring magbukas ng daan para sa isang dramatikong pag‑unlad kumpara sa tradisyunal na mga disenyo ng fusion reactor. Maaari mong basahin ang higit pa tungkol sa tungsten at ang mahirap hanapin na mga oportunidad sa pamumuhunan sa sektor na ito sa aming artikulo “Tungsten – Ang Lihim na High‑Tech Metal”.

Cheap Superconductors

Kailangan ang hakbang na ito lalo na para sa mga magnet‑based na fusion reactor designs ngunit pati na rin sa iba, dahil ang mga antas ng kapangyarihan ay karaniwang nangangailangan ng ilang superconductor materials na gagamitin sa sistema.

Sa kabutihang palad, ang mas magagandang superconductors, o kahit ang room‑temperature superconductor technology, ay mabilis na umuunlad. Maaari mong basahin ang mga detalye ng paksa sa aming artikulo “Progress In Superconductivity Making Way For A New Technological Revolution”.

AI

Ang plasma ay isang napakakomplikadong estado ng materya, napakaiba sa iba pang 3 (solid, liquid, gas). Ito ay napakainit at, sa pangkalahatan, mabilis na nagiging hindi stable.

Ang hindi stable na plasma ay kadalasang hindi nananatiling confined nang matagal sa reactor, na nag-iinterrupt sa nuclear fusion process.

Upang mapunan ito, ang mga magnet ng nuclear reactor ay patuloy na sinusubukang i‑stabilize ang plasma, ina‑adjust ang magnetic field sa real‑time. Ang matematika na kaakibat nito ay napakakomplikado, at kahit ang mga supercomputer ay nahihirapan dito, lalo na kung kailangan itong gawin nang mabilis upang mag‑instruksyon ng tamang reaksyon sa magnet ng reactor.

Maaaring magbago ito, salamat sa pag‑unlad ng AI, tulad ng iniulat namin sa isang kamakailang artikulo. Doon, ipinaliwanag namin kung paano natutunan ng AI na hulaan ang paglitaw ng mga instability sa plasma hanggang 300 ms nang maaga.

“Hindi na namin kailangang hintayin na mangyari ang mga instability at pagkatapos ay gumawa ng mabilis na corrective action bago ma‑disrupt ang plasma.”

Safety

Ang nuclear fusion ay likas na mas ligtas kaysa sa nuclear fission. Ang fusion reaction ay awtomatikong humihinto kapag ang plasma ay lumalawak, ibig sabihin walang panganib ng runaway chain reaction.

Gayunpaman, bago ito maging isang malawakang mapagkukunan ng enerhiya, kailangan pa rin ng nuclear fusion na harapin ang ilang isyu sa kaligtasan:

• Maraming disenyo ng reactor ang gumagamit ng tritium, dahil mas madali itong i‑trigger kaysa sa deuterium‑deuterium fusion. Subalit, ang tritium ay radioactive, kaya anumang pagkabigo ng reactor ay maaaring magdulot ng (maliit) radioactive contamination.
• Ang plasma instability at high‑energy physics ay may likas na panganib. Ang pagpapanatiling ligtas ng mga operator at hindi nasisira ang reactor sa patuloy na power‑producing operations ay mangangailangan ng maayos na safety procedures at marahil ay design optimization.
• Ang nuclear fusion ay paminsan‑minsan ay nagpo‑produce ng neutrons, na unti‑unting mag‑turn ng pader ng reactor sa radioactive waste. Bagaman minimal ang dami, ang mga waste na ito ay kailangang ma‑process nang maayos sa katapusan ng buhay ng mga komponent o ng mga reactor bilang kabuuan.

Afferent Topics

Space Fusion Propulsion

Sa kasalukuyan, ang nuclear fusion ay pangunahing hinahabol para sa potensyal nito sa power generation sa Earth. Isa pang sektor na lubos na makikinabang sa pag‑master ng nuclear fusion ay ang eksplorasyon at kolonisasyon ng kalawakan.

Dahil sa napakataas nitong efficiency kumpara sa mass ng fuel, pati na rin sa napakainit na temperatura, ang mga nuclear fusion reactor ay perpektong deep space propulsion systems.

Sa teorya, maaari itong maghatid ng napakabilis na acceleration at travel time, na may mababang pangangailangan sa fuel, at pinahusay na kaligtasan para sa crew kumpara sa mga alternatibo tulad ng chemical o nuclear fission engines. Ang madaling pag‑access at labis na abundansya ng hydrogen sa kalawakan ay dagdag na bonus.

Sa praktika, ang paggawa ng fusion reactor na maliit at magaan na sapat para mailagay sa isang spaceship ay maaaring maging hamon, kahit na matapos nating ma‑master ang disenyo sa Earth.

Kung magiging komersyal na viable ang nuclear fusion, ito ay ganap na mag‑rebolusyon sa prospect ng isang space‑based na ekonomiya (na tinalakay namin na may at walang fusion sa aming artikulo dito), at agad na gagawing space‑faring species ang sangkatauhan.

Cold Fusion

Ang cold fusion ay isang kontrobersyal na paksa. Sa konsepto, ito ay ang ideya na maaaring makamit ang nuclear fusion nang walang plasma sa mababang temperatura.

Isang iminungkahing pamamaraan ay ang paggamit ng mga materyales na nagbabago ng hugis sa paraang nahuhuli at napipilitang magsanib ang mga hydrogen atom. Ang mga metal na may hydrogen tulad ng palladium, erbium, at titanium ay iminungkahi upang makamit ito.

Noong 1989, iginiit ng mga mananaliksik na sina Stanley Pons at Martin Fleischmann na nakamit nila ang ganitong fusion. Sa kasamaang palad, ang mga taon ng pagsubok na ulitin ang mga natuklasan ng komunidad ng siyentipiko ay hanggang ngayon ay hindi nagtagumpay, na nagdulot ng mga paratang ng mababang kalidad na agham o kahit outright na pandaraya.

Ang sumusunod na kontrobersiya ay permanenteng makasisira sa imahe ng konseptong ito. Gayunpaman, ito ay patuloy na pinagtatrabaho ng ilang siyentipiko, karaniwang sa ilalim ng mga pangalang Low Energy Nuclear Reactions (LENR), Condensed Matter Nuclear Science (CMNS), o Chemically Assisted Nuclear Reactions (CANR).

Isang muling interes sa larangan ang naganap noong 2020s, na naglalayong lampasan ang stigma ng hindi seryosong pananaliksik. Kapansin‑panuri, ang ahensya ng pamahalaan ng US na ARPA‑E ay nag-anunsyo noong 2023 ng ilang grant upang pondohan ang mga research group na tumitingin sa low‑energy nuclear reactions (LENR), kasunod ng nakakaintrigang resulta na nakuha ng mga NASA researcher noong 2020.

Ang cold fusion ay kasalukuyang napaka‑uncertain at speculative. Gayunpaman, ang pagbabalik ng seryoso at ma‑fund na pananaliksik sa larangan ay maaaring maglinaw sa sitwasyon at matukoy kung maaari itong maging viable na landas patungo sa pagkamit ng nuclear fusion.

Bubble Fusion

Isa pang ideya ay na maaaring maganap ang nuclear fusion sa mga bula kapag sila ay bumabagsak; halimbawa, maaaring bumuo ng mga bula sa tubig kapag sumailalim sa ultrasounds, isang ideyang minsan tinatawag ding sonofusion.

Sa teorya, ang mga shockwave na nilikha ng pagbagsak ng isang bula sa likido ay maaaring maging sapat na malakas upang magdulot ng fusion, hindi lubos na kakaiba sa paraan ng shockwave na dulot ng laser. Maaaring ipaliwanag nito ang phenomenon ng sonoluminescence (ang hindi pa lubusang nauunawaan na paglabas ng liwanag kapag ang isang bula ay bumabagsak).

Ang ideya ay kasing kontrobersyal ng cold fusion, na ang pangunahing tagapagtaguyod ay malawak na kinukritiko.

Gayunpaman, maaaring hindi ito ganap na patay na tulad ng huling dalawang dekada ng kontrobersya ang nagpapakita.

Noong Mayo 2024, isang scientific paper na may pamagat na “Observation of neutron emission during acoustic cavitation of deuterated titanium powder”, na inilathala sa ultra‑prestigious na journal na Nature, ay nag-claim na nakakita ng potensyal na fusion events sa mga bula ng heavy water na hinaluan ng titanium particles.

Nagawa naming mapanatili ang neutron production sa loob ng ilang oras at inulit ang eksperimento nang maraming beses sa iba’t ibang kondisyon. Hinuhulaan naming ang mga napansing neutron ay nagmula sa nuclear fusion ng deuterium ions na natunaw sa titanium lattice dahil sa mekanikal na aksyon ng mga nagbabangga na cavitation jet.

Ang kombinasyon ng titanium lattice (tulad ng sa cold fusion) at cavitation (bula) ay higit na nakakaintriga, at ang publikasyon sa isang napaka‑seryosong peer‑reviewed na journal ay maaaring mag‑reignite ng interes sa sektor, na marahil ay magdudulot ng “cold‑bubble fusion” bilang isang hindi inaasahang scientific breakthrough.

Private Sector Entering In

Mula nang ito ay magsimula, ang mga larangan ng plasma physics at nuclear fusion ay karamihan ay pinamunuan ng pananaliksik ng gobyerno mula sa pampublikong pondo.

May katwiran ito, dahil sila ay lubos na kapaki‑pakinabang para sa mga programa ng nuclear weapons development, kung saan, halimbawa, ang US National Ignition Facility ay unang binuo upang palitan ang nuclear weapon tests kaysa tuklasin ang nuclear fusion.

Bilang isang segment ng agham na walang direktang komersyal na aplikasyon, ang pondo para sa fusion ay kailangang magmula sa pampublikong at akademikong sektor.

Nagbabago ito dahil sa pagsasama ng 3 salik:

1. Ang mga dekada ng karanasan sa sektor ay lumikha ng malaking lawak ng libreng kaalaman at mga siyentistang sanay na maaaring magtrabaho para sa mga komersyal na kumpanya.
2. Ang nuclear fusion ay tila mas malapit nang makamit nang komersyal kaysa dati, na nagpapataas ng sigla ng mga mamumuhunan. At ang “moonshot” style ng pamumuhunan ay ngayon popular, kung saan ang nuclear fusion ay maaaring maging ang huling moonshot kasama ng asteroid mining, na permanenteng mag‑solusyon sa problema ng kakulangan sa enerhiya at raw materials.
3. Ang climate change, geopolitics, at pag‑ubos ng mga resources ay sabay‑sabay na nagdadala ng pangangailangan para sa isang saganang carbon‑neutral na pinagmumulan ng enerhiya.

Kaya isang bagong alon ng nuclear fusion efforts ay ngayon pinamumunuan ng mga pribadong kumpanya, na nagre‑rework ng mga disenyo ng reactor mula sa unang prinsipyo, nagsusuri ng mga bagong pamamaraan, at sinusubukang ulitin para sa sektor ng fusion ang mga naabot ng mga kumpanya tulad ng SpaceX (SPCX ) para sa space flight (tulad ng dating iniisip na imposibleng rocket reusability).

Fusion Companies

Sa kasalukuyan, wala pang alinman sa mga kumpanyang nakatuon sa paggawa ng nuclear fusion na commercially viable ang nakalista sa publiko. Kabilang dito ang Helion, General Fusion, Commonwealth Fusion, TEA Technologies, ZAP Energy, at NEO Fusion. Maaari kang makakita ng malawak na listahan ng mga startup sa nuclear fusion space sa dedikadong pahina ng Dealroom.

1. General Fusion

General ay isa sa mga startup na nangunguna sa paggawa ng fusion bilang isang pribadong sektor na venture, sa halip na isang pampublikong‑funded na physics project.

Ang kumpanya ay nagsimula pa noong 2002, upang paunlarin ang Magnetized Target Fusion (MTF) technology.

Inaasahan ng kumpanya na ang MTF ay magiging mas maikling landas patungo sa energy‑positive fusion at magiging mas mura. Ang General Fusion ay unang sa buong mundo na nag‑build at nag‑commission ng compact toroid plasma injector sa power plant scale noong 2010 at nakamit pa ang marami pang milestones mula noon.

Pinagmulan: General Fusion

Layunin ng kumpanya na maabot ang fusion na may 100 milyong degree Celsius temperature sa 2025 at mag‑progress patungo sa energy breakeven (positibong return mula sa nuclear fusion) sa 2026. Bago iyon, isang 1/5^th scale model ang ginawa noong 2023 at ang performance nito ay tumugma sa mga inaasahan mula sa computer models.

Sa pangkalahatan, ang General Fusion ay gumugol ng 2 dekada sa pag‑build step by step ng bawat core technology ng kanilang final design, sinusubukan ang bawat isa sa daan at matagumpay na nave‑validate ang ideya, hanggang ngayon.

Bilang isang pribadong kumpanya, hindi ito kailangang talakayin at i‑negotiate ang anumang pagbabago sa disenyo, taliwas sa mga internasyonal na proyekto tulad ng ITER. Maaari rin nitong piliin ang teknolohiya base sa sariling merit, nang hindi kailangang mag‑desisyon kung aling bansa ang dapat makakuha ng kontrata dahil sa politikal na dahilan.

Pinagmulan: General Fusion

Ito ang dahilan kung bakit maraming inaasahan na ang General Fusion at ilan pang kakompetensya nito ay mag‑manage ng kung ano ang hindi magagawa ng malalaking government project.

2. Lockheed Martin Corporation

Isang kapansin‑panuring eksepsyon sa mga pribadong‑listed na startup na namamayani sa larangan ay ang publicly traded na kumpanya na Lockheed Martin Corporation (LMT ), isang higante ng defense industry.

Ang Lockheed ay nagtrabaho mula pa noong unang bahagi ng 2010s sa Compact Fusion, isang nuclear fusion reactor na inaasahan nilang magiging handa sa 2020s. Gayunpaman, inanunsyo kamakailan na ang trabaho sa proyektong ito ay huminto noong 2021.

Ang kumpanya ay napaka‑discreet tungkol sa proyektong ito matapos ang isang napaka‑public na anunsyo. Hanggang ngayon, hindi malinaw kung ano ang nag‑prompt sa kumpanya na i‑abandon ang ideya.

Kasabay nito, tila hindi nila ganap na iniwan ang konsepto, na kapansin‑panuri sa mga pamumuhunan noong 2024 sa Helicity, isang startup na nagde‑develop ng fusion engine.

Ang ideya ay mag‑propel ng spacecraft gamit ang short bursts ng fusion. Ang Helicity ay nagpaplanong gumamit ng plasma gun, katulad ng approach na kinukuha ng General Fusion.

Posibleng, ang internal results ng Lockheed ay nagpakita na ang kanilang disenyo ay hindi makapag‑sustain ng fusion sa paraang compatible sa energy production.

Ngunit maaaring sa parehong oras, sapat na ang short bursts para sa pangangailangan ng propulsion sa space at mas malapit na sa pagiging isang aktwal na produkto? Ito rin ay mas angkop sa pangkalahatang aerospace at defense‑focused na profile ng kumpanya.

3. TAE Technologies

Dating kilala bilang Tri Alpha Energy, ang kumpanyang nakabase sa California ay nakatuon sa pag‑develop ng fusion energy tech. Ang TAE Technologies ay kasalukuyang ina‑upgrade ang kanilang fusion platform, Norman, sa isang sixth‑generation na makina na tinatawag na Copernicus.

Pinagmulan: TAE

Ang teknolohiya ng TAE ay nakasalalay sa particle accelerators upang mag‑inject ng enerhiya sa plasma at “kumilos bilang isang thickening agent na ginagawang mas manageable ito”.

Ang kumpanya ay malawak na ginagamit ang 3D printing sa paggawa ng Copernicus, na nagpapahintulot ng mabilis na iteration ng mga bagong bahagi at mas mabilis na pag‑solve ng problema. Halimbawa, nagawa nilang i‑print ang ilang reactor components na may kalahating timbang kumpara sa kung tradisyonal na manufacturing ang gagamitin.

Pinagmulan: TAE

Kung magiging maayos ang lahat, inaasahan ng kumpanya na makabuo ng unang prototype power plant na maaaring kumonekta sa grid sa unang bahagi ng 2030s, at ang scaling nito upang makabuo ng “robust at reliable” na komersyal na power ay magpapatuloy sa loob ng dekada. Ang fusion, ayon sa CEO nitong si Michl Binderbauer, ay magdadala sa atin sa isang “paradigm of abundance.”

Sa nakalipas na 25 taon, ang kumpanya ay nagpapatakbo sa isang “money by milestone” na modelo, kung saan ang bawat round ng financing ay kinikita lamang batay sa pag‑deliver ng mga milestone na ipinangako sa mga investors.

Noong 2022, nag‑invest ang Google at Chevron (CVX ) sa TAE Technologies bilang bahagi ng $250 milyong fundraising ng kumpanya. Ang Google ay talagang naging partner ng TAE sa loob ng isang dekada na at nagbibigay sa kumpanya ng AI at computational power.

Nag‑alok din ang kumpanya ng life science services (Boron Neutron Capture Therapy -BNCT) at power solutions tulad ng batteries at e‑mobility.

4. Helion

Ang Helion ay naglalayong lumikha ng fusion gamit ang deuterium at helium‑3, sa halip na ang mas karaniwang approach na mag‑focus sa fusion gamit ang tritium.

Karaniwan, napakahirap hanapin ang helium‑3. Ngunit ang Helion ay may pamamaraan upang gawin ito mula sa deuterium sa sarili nitong reactor. Kung wala ito, maaaring kailanganin pa ang hindi pa napatunayang pagmimina nito sa Moon.

Tulad ng karamihan sa mga pribadong venture sa fusion, gumagamit ang Helion ng plasma injection technology.

Isa pang natatanging tampok ay ang target na direktang pag‑capture ng kuryente mula sa plasma, gamit ang Faraday’s Law upang mag‑induce ng current, na direktang nilalaktawan ang steam heating cycle na karaniwan sa mga nuclear power plant.

Ang hakbang na ito ay medyo matapang, ngunit maaari ring mag‑increase ng yield ng mga hinaharap na power plant ng 2‑3 beses, dahil ang heat‑to‑steam‑to‑power conversion ay karaniwang may napakababang efficiency. Ito rin ay isang napaka‑capex‑intensive na proseso.

Ang fusion power plant ng Helion ay inaasahang magkakaroon ng halos walang gastos sa fuel, mababang operating cost, mataas na up‑time, at kompetitibong capital cost. Ang aming mga makina ay nangangailangan ng mas mababang gastusin sa capital equipment dahil napaka‑epektibo naming mag‑fusion at hindi kailangan ng malalaking steam turbine, cooling tower, o iba pang mamahaling pangangailangan ng tradisyunal na fusion approach.

Sa kasalukuyan, pinapatakbo ng Helion ang Trenta, ang kanilang ika‑6^th generation reactor na nakamit ang 10,000+ pulses at 100 milyong degree Celsius temperatures.

Pinagmulan: Helion

Sa kasalukuyan ay lumilipat ito sa Polaris, ang susunod nitong modelo na inaasahang mag‑push ng hanggang 100x mas mabilis kaysa sa Trenta, na magiging unang nuclear fusion na mag‑produce ng net gain ng kuryente.

Mahahalagang tandaan na ang Polaris ay 19m ang haba, malayo sa isang higanteng instalasyon kumpara sa iba pang, mas klasikong disenyo ng fusion reactor.