Creo que será muy útil revisar las startups que trabajan en el campo de la energía termonuclear. ¿Por qué las startups, no los equipos universitarios de ciencias, dicen? Una startup es una forma de organizar un proyecto con un objetivo práctico claramente definido, y este formulario le permite probar varias ideas con la máxima rigidez y claridad. Si bien la tarea de la ciencia en su conjunto es la extracción de conocimiento sin ninguna clasificación especial en "útil" e "inútil" (una vez que el conocimiento inútil de que la corriente en el cable causa la aparición de un campo magnético determina nuestra vida hoy).
Gracias por la ayuda en la creación del artículo para Andrei Gavrilov.
Intentaré no solo enumerar nuevas empresas, sino también evaluar su "avance" en este camino principal, a partir de la idea de trabajar con centrales termonucleares construidas sobre la base de esta idea. Además, daré una breve descripción de la actitud de la comunidad de expertos hacia un concepto particular de un reactor termonuclear. Para evaluar la madurez tecnológica, propongo poner puntos del 1 al 7 de acuerdo con dicha placa
Bueno, comencemos con algo bien conocido
1.
Organización: ITER .
Nivel técnico: 6.1.Año de lanzamiento del proyecto: 1992
Personas clave: Dr. Bernard Bigot, Dr. Robert Aymar, académico Eugene Velikhov, Dr. Gunter Janeschitz, Dr. Osamu Motojima, Dr. Ganó Namkung.
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Sitio webDescripción del concepto: tokamak clásico: una cámara toroidal para confinamiento magnético de plasma de fusión. En este concepto, se alcanzó la Q máxima (la relación entre la potencia de calentamiento y la potencia termonuclear), que está muy por delante de otras ideas. ITER es el reactor termonuclear más avanzado, que permite obtener un plasma termonuclear de combustión estable. Sin embargo, el proyecto no es realmente una startup destinada a beneficios prácticos, lo que no permite compararlo con otros participantes en esta lista.
Posición experta: Tokamaki demostró ser la idea más exitosa de un reactor termonuclear, pero tiene limitaciones fundamentales que prácticamente no permiten trabajar con una reacción termonuclear que no sea
DT , y hoy existen grandes dificultades de ingeniería para crear reactores de potencia industriales basados en este concepto (densidad potencia del desviador, interrupciones, estabilidad estructural bajo radiación de neutrones, etc.).
2.
Organización: Tri Alpha EnergyNivel técnico: 4.0Año de lanzamiento del proyecto: 1998
Personas clave: Dr. Michl Binderbauer, Sergey Putvinsky, Norman Rostoker.
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Sitio webDescripción del concepto: FRC impulsado por haz: confinamiento de un vórtice de plasma llamado FRC utilizando haces de neutros inyectados tangencialmente. Los haces neutros también proporcionan parte de la síntesis. El concepto se distingue por una física muy exitosa, que teóricamente permite dominar no solo las reacciones DT y DD, sino también pB11. A su vez, pB11 significa casi completa (en comparación con DT) la ausencia de residuos radiactivos, combustible barato generalizado y la simplicidad de ingeniería del reactor. Otra ventaja es la menor potencia en comparación con los tokamaks en los que el reactor "converge". Por el menos se le puede atribuir mucho menos conocimiento y posibles escollos. (
mi artículo sobre el proyecto )
Posición de experto: la idea de Norman Rostoker de mediados de los 90 fue probada por el equipo de TAE en la década de 2000 y resultó estar funcionando. En particular, se aumentó el tiempo de retención de FRC de cientos de microsegundos a decenas de milisegundos, se encontró una escala. Actualmente, TAE ha ganado ~ 500 millones de inversión, tiene un equipo que incluye muchas de las "estrellas" de la fusión termonuclear controlada.
La escala de TAE muestra un progreso muy serio y la capacidad de lograr estos objetivos.3.
Organización: Hellion EnergyNivel técnico: 2.5Año de lanzamiento del proyecto: 2005
Personas clave: Dr. John Slough, Chris Pihl, Dr. George Votroubek
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Sitio webDescripción del concepto: Norman Rostoker vuelve a plantear
la idea: el sistema magnético acelera dos vórtices de FRC, chocan, traducen la energía cinética en calor y el sistema magnético los comprime (por el otro) a parámetros termonucleares. Reactor de pulso.
Posición experta: se cree que es muy difícil construir un reactor de energía sobre este concepto tanto desde el punto de vista de la física como desde el punto de vista de la ingeniería. Sin embargo, los fundadores de Hellion Energy están llenos de optimismo y recientemente han pasado de trabajar en elementos de una máquina de plasma a crear un reactor que debería probar la escalabilidad de la idea. Uno de los caballos oscuros del mercado.
Una evaluación humorística de la complejidad de este concepto del autor de otro concepto en esta lista.
4.
Organización: Fusión generalNivel técnico: 2.1Año de lanzamiento del proyecto: 2002
Personas clave: Dr. Michel Laberge, Michael Delage
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Sitio webDescripción del concepto: Una idea algo similar a la anterior es la compresión adiabática de dos FRC que chocan. Sin embargo, aquí el medio de compresión es una gota gigante de metal líquido en el que una onda esférica convergente es excitada por los martillos de vapor (!). (
mi artículo sobre el proyecto )
Posición experta: este concepto tiene una larga historia del desarrollo de la tecnología de "implosión de objetivos de plasma magnetizados por revestimientos metálicos", y sus piernas están creciendo desde el proyecto LINUS de 1972. La idea no es mala en el papel, pero poco estudiada experimentalmente. Esto también es evidente en General Fusion: la startup ya tiene ~ 10 años muy bien financiada (recaudó más de $ 130 millones), y se suponía que alcanzaría el nivel técnico ~ 3 tan pronto como hace 4 años. Sin embargo, casi todos los elementos de la máquina causan dificultades y la cadena de I + D, los problemas se multiplican y el futuro se vuelve más nebuloso. Actualmente, el logro del nivel técnico 3 está previsto en 2021.
5.
Organización: Reactor de fusión compacto (Lockheed Martin)Nivel técnico: 2.1Año de lanzamiento del proyecto: 2010
Personas clave: Dr. Tom McGuire, Sr. Charles Chase
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Sitio webDescripción del concepto: Una trampa abierta con dipolos intraplasma. Permite, como todas las trampas abiertas, lograr una alta proporción del uso de la presión del campo magnético (en contraste con los tokamaks), lo que significa que las reacciones DD, DHe3 están disponibles.
Posición experta: De hecho, este tipo de trampa magnética se remonta conceptualmente a los años 60 y se ha estudiado de manera teórica y experimental. Pero parece que el equipo de CFR no conoce la historia, por lo que rellena muchos conos por sí mismo. Curiosamente, los planes iniciales para crear un reactor que cabe en un camión ya se han descartado, y el tamaño del reactor mínimo ha crecido a 7x22 metros. Si extrapolamos aún más la experiencia de trabajar con este concepto al equipo de CFR, entonces pronto descubrirán que colocar bobinas superconductoras directamente dentro de la reacción termonuclear en curso es, por decirlo suavemente, "no ingeniería", y lo más probable es que tampoco puedan salir del laboratorio esta vez.
6.
Organización: Tokamak EnergyNivel técnico: 3.2Año de lanzamiento del proyecto: 2009
Personas clave: Jonathan Carling, David Kingham, Michael Graznevitch
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Sitio webDescripción del concepto: el tokamak esférico es un tokamak ordinario "redondeado" geométrico, cuya física favorece una reacción termonuclear más simple. Es un concepto bastante bien desarrollado: hay 22 tokamaks esféricos de investigación en el mundo, la mayor de las cuales se obtienen condiciones Q ~ 0.1 (
mi artículo sobre el proyecto ).
Posición experta: un tokamak esférico promete ignición en condiciones más simples y de menor tamaño, y a primera vista es mucho más fácil y económico hacer un reactor industrial con él. Sin embargo, la geometría comprimida significa una pesadilla de ingeniería y condiciones de trabajo más intensas de la estructura, en particular en la columna central, lo que puede significar un progreso simple y rápido al nivel técnico 5 y un callejón sin salida más completo.
7.
Organización: sistemas de fusión aplicadosNivel técnico: 2.2Año de lanzamiento del proyecto: 2015
Personas clave: Richard Dinan, Dr. James lambert
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Sitio webDescripción del concepto: también tokamak esférico.
Posición experta: una startup recientemente lanzada con perspectivas poco claras y hasta ahora sin mostrar ningún hierro. Uno de los creadores es una estrella de televisión.
8.
Organización: EMCCNivel técnico: 2.1Año de lanzamiento del proyecto: 1987
Personas clave: Dr. Jaeyoung Park, Dr. Paul Sieck, Dr. Robert W. Bussard
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Sitio webDescripción del concepto: confinamiento electrostático del tipo Polywell: en el centro de la cámara, se crea una nube de electrones y se mantiene mediante un campo magnético, al que los iones de deuterio se atraen, aceleran y colisionan entre sí con una reacción termonuclear. Idealmente, este es un fusor con un cátodo virtual.
Posición del experto: existen grandes dudas de que dicho diseño sea viable en el sentido de una producción de energía positiva, sin embargo, es atractivo entre los aficionados por su facilidad de implementación, y la "mejora" del polinivel suele ser similar al método de empuje científico. Durante muchas décadas, EMCC absorbió dinero de la Marina de los EE. UU. Para tal actividad, mostrando un progreso cero.
9.
Organización: Convergent Scientific IncNivel técnico:
1.5Año de lanzamiento del proyecto: 1987
Personas clave: Sr. Devlin Baker, Dr. Joel Rogers, Dr. Matt Moynihan
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Sitio webDescripción del concepto: también polywell, como el inicio anterior.
Posición de experto: por el momento, esta empresa parece haber muerto, aunque esto no se ha anunciado oficialmente.
10.
Organización: Fusion OneNivel técnico: 1.5Año de lanzamiento del proyecto: 2015
Personas clave: Sr. Randal Volberg, Dr. Scott Cornish
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Sitio webDescripción del concepto: también polywell, como el inicio anterior.
Posición experta: inicio con las perspectivas más dudosas, tanto en términos del concepto elegido como de las competencias de los fundadores. Pero hay imágenes "gigawatt polywell 5.5x5.5x5.5 metros de tamaño" (es decir, 16.1 MW / m ^ 2 se propone para la densidad de energía termonuclear eliminada, varias veces más fría que ITER).
11.
Organización: Lawrenceville Plasma Physics FusionNivel técnico: 2.8Año de lanzamiento del proyecto: 1998
Personas clave: Eric Lerner, Dr. Syed Hassan, Dr. Robert terry
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Sitio webDescripción del concepto: el enfoque de plasma es una de las primeras ideas de un reactor termonuclear. En una descarga eléctrica coaxial final, las inestabilidades comprimen fuertemente el cordón de plasma, lo que conduce a condiciones termonucleares.
Posición experta: el foco de plasma se ha utilizado durante mucho tiempo como una tecnología para producir neutrones termonucleares, incluyendo tales dispositivos se usan como fuentes de neutrones pulsados en bombas nucleares. El nivel técnico de "enfoque de plasma" alcanzado en los centros de investigación militar de los EE. UU. Y Rusia es inmensamente más alto de lo que muestra LPPX. En particular, la corriente total de las instalaciones militares es un orden de magnitud mayor. De esto podemos concluir que la startup no tiene ninguna posibilidad de crear un reactor termonuclear, de lo contrario, este enfoque habría sido utilizado por especialistas en TCB con el salario estatal.
12.
Organización: First Light FusionNivel técnico: 1.1Año de lanzamiento del proyecto: 2015
Personas clave: Paul Hoolligan.
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Sitio webDescripción del concepto: colapso de un objetivo esférico con combustible termonuclear que pasa una onda de choque rápida en un líquido.
Posición experta: en este momento, este es un concepto desnudo casi sin confirmar, que sin embargo recibió algo de dinero para pruebas experimentales.
Aquí es donde terminan las startups clásicas que desarrollan sus ideas con el dinero de inversores privados y subvenciones, pero hay varios proyectos más que pueden convertirse en una startup en cualquier momento, y vale la pena mencionarlos:
Proyecto: CT Fusion (Dynomak)Nivel técnico: 2.0
Personas clave: Dr. Tom Jarboe, Dr. Aaron Hossack, Sr. Derek Sutherland
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Sitio webDescripción del concepto: trampa magnética, donde el plasma se sostiene con un campo magnético congelado complejo. Según los creadores, este concepto puede llevarse a parámetros termonucleares. (
mi artículo sobre el proyecto )
Posición de experto: un proyecto universitario que intentó convertirse en un tokamak y avanzó rápidamente hacia una planta de energía. La ventaja del concepto es la falta de un sistema magnético grande y pesado, menos las perspectivas de escalado aparentemente poco claras.
Proyecto: Hyper-V + The PLXNivel técnico: 2.0Personas clave: Dr. Scott Hsu, Dr. Doug Witherspoon,
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Sitio webDescripción del concepto: Otra opción para comprimir un objetivo magnetizado con un revestimiento, en este caso un plasma de gases nobles pesados. De alguna manera, similar a General Fusion. Un objetivo DT de plasma esférico debe ser comprimido por haces de plasma que llegan desde todas las direcciones, que son generados por pistolas de plasma.
Posición de experto: un concepto moderadamente interesante que lleva unos 10 años encontrando dinero para experimentos en laboratorios nucleares de EE. UU. De todos los conceptos de impulso, tiene la ventaja de un objetivo de gas y controladores, lo que le permite no preocuparse por hacer un nuevo objetivo y limpiar los fragmentos viejos 10 veces por segundo. Por otro lado, desde el punto de vista de los parámetros de compresión, este experimento no ha mostrado mucho progreso durante 5-7 años, pero muestra avances en la complicación del reactor planificado, el camino que con mayor frecuencia conduce al cementerio de los conceptos termonucleares.
Proyecto: MIT ARCNivel técnico: 2.5
Personas clave: BNSorbom, J.Ball, TRPalmer, FJMangiarotti
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Sitio webDescripción del concepto: Otra versión del tokamak: con un campo fuerte. Al aumentar el campo magnético en un factor de 2 (que es muy difícil en ingeniería), se puede obtener un aumento de potencia en el mismo volumen de plasma en un factor de 16. Conceptualmente, los problemas con la primera pared y el desviador se exacerban aquí, pero la ganancia es notable a simple vista. Desafortunadamente, pocos tokamaks con un campo fuerte trabajaron en el mundo, y esta dirección aún requiere sus instalaciones intermedias. (
mi artículo sobre el proyecto )
Posición experta: ARC del laboratorio de plasma de la famosa Universidad MIT es una aleación de ideas brillantes: un tokamak de alto campo con imanes superconductores plegables de alta temperatura, una manta de sal líquida, reducción de sistemas de mantenimiento de corriente, etc. Desafortunadamente, todo este esplendor le permite dibujar una máquina genial que pone fácilmente ITER en las cuchillas, pero en realidad puede requerir décadas de I + D y encontrar los problemas que llevarán a los kakamakas con un campo fuerte a un callejón sin salida exactamente de la misma manera que los tradicionales. Entonces, por ejemplo, no hace mucho tiempo se descubrió que un fluido conductor que se bombea a través de un fuerte campo magnético puede formar corrientes que fluyen hacia atrás; estos hallazgos nos hacen repensar por completo la idea de crear simples mantas de sal líquida.
Proyecto: NumerExNivel técnico: 1.5
Personas clave: Dr. Scott Hsu, Dr. Doug Witherspoon
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Sitio webDescripción del concepto: Otro representante de los conceptos con la compresión del plasma magnetizado, de hecho, la reanimación de la idea LINUS 1972. En una cavidad cilíndrica que gira rápidamente, se vierte metal líquido (NaK o Li fundido), que se dispersa por la fuerza centrífuga a lo largo de las paredes y hay un canal vacío en el centro. Se inyecta un objetivo de plasma magnetizado en el canal, y con la ayuda de pistones de gas, el metal se desplaza más cerca del centro, colapsando el canal y comprimiendo el objetivo de plasma.
Posición experta: el concepto LINUS y su desarrollo en NumerEx son bastante buenos en términos de física. Sin embargo, incluso las configuraciones experimentales básicas requieren una ingeniería compleja: válvulas de gas que rompen récords en varios aspectos, grandes máquinas rotativas, que integran todo esto con un alto vacío y delicados inyectores de plasma. El camino para verificar el concepto de escala no será ni barato ni rápido. Desde este punto de vista, el replanteamiento creativo y la optimización de ingeniería realizada por General Fusion parece ser un trabajo muy correcto, que es muy difícil de superar.
Proyecto: GDMLNivel técnico: 3.5
Personas clave: A.A. Ivanov, P.A. Bagryansky, A.D. Beklemishev
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Sitio webDescripción del concepto: Las trampas abiertas son la versión más simple del confinamiento magnético del plasma termonuclear - reactores continuos. A lo largo de su larga historia, han tenido varios altibajos, y el logro del equipo de Novosibirsk del INP inspira optimismo sobre la posible liberación repentina de OL en los favoritos. (
mi artículo sobre el proyecto )
Posición experta: el proyecto GDML combina ideas teóricas probadas experimentalmente y aún restantes, que juntas permiten armar uno de los mejores reactores (desde el punto de vista de la economía y las reacciones termonucleares disponibles) entre todos los posibles. En la actualidad, el enfoque del INP está en probar ideas adicionales que, si se implementan, hacen posible hacer un reactor GDML mínimo con dimensiones de aproximadamente 30x3 metros. La única sorpresa hasta ahora es que no hay una sola startup en el mundo que declare una trampa abierta como concepto, aparentemente por la razón de que repetir la experiencia INPP y la base experimental es demasiado costoso para una startup.
Proyecto: MagLIFNivel técnico: 3.1
Personas clave: AB Sefkow, SA Slutz, JM Koning
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Enlace para revisarDescripción del concepto: Otro representante de sistemas con compresión de objetivos de plasma magnetizados. Un pequeño objetivo cilíndrico con gas DT se calienta y se ioniza a través de la cara final mediante un pulso láser de alta potencia. En un plasma ionizado, la bobina externa induce un fuerte campo de cebado (~ 10T), después de lo cual se pasa una corriente longitudinal de 25 megaamperios a través del objetivo. El campo magnético de la corriente comprime el objetivo a lo largo de un radio de aproximadamente 100 veces, al mismo tiempo que calienta el combustible a parámetros termonucleares, después de lo cual se produce la ignición. (descripción más detallada en ruso).
Posición experta: MagLIF es uno de los conceptos termonucleares más bellos que han aparecido en los últimos 10 años (sus raíces, sin embargo, se remontan a 1982), y que demostró muy buenos resultados experimentales en 2014 (el pleno acuerdo con la teoría evitó que no se contabilizara "conducir" "Dentro de la ventana de plasma para transmitir radiación láser).
Aparentemente, físicamente este concepto puede llegar a una alta producción de energía: si crea una planta que proporciona una corriente pulsada de 70 megaamperios, entonces la producción de energía será 1000 veces mayor que el consumo de energía.Sin embargo, como cualquier sistema de impulsos, este tiene dos dificultades importantes que impiden la implementación de plantas de energía basadas en el concepto. Esta es la necesidad de ensamblar objetivos complejos de alta tecnología aproximadamente una vez por segundo e introducirlos en la cámara de trabajo, así como en la cámara de trabajo misma, en la que explotará aproximadamente una tonelada de TNT por segundo. Por estas razones, es poco probable que veamos una planta de energía con un reactor termonuclear pulsado, pero la física aquí es interesante ...Proyecto: Wendelstein-7XNivel técnico: 4.1
Personas clave:Dr. Thomas Klinger, Dr. C Nührenberg, RC Wolf, J. Kisslinger→ Enlace a ladescripción general Descripción del concepto: los Stellarators son uno de los primeros conceptos de trampas magnéticas cerradas, pares y competidores de tokamaks. En los tokamaks, para retener el plasma en una órbita en anillo, se utiliza una combinación astuta de campos magnéticos inducidos externos e internos, lo que da lugar a una cierta clase de inestabilidades. Además, los tokamaks fueron originalmente máquinas pulsadas, aunque más tarde aprendieron a mantener la corriente de plasma durante un tiempo ilimitado. En un intento por deshacerse de estos problemas, se inventaron estellaradores: trampas toroidales con un campo magnético ahogado.Puesto de experto:Los estelares fueron uno de los conceptos en los que invirtieron muy activamente en la década de 1960 (junto con trampas abiertas). Sin embargo, un estudio detallado de la física de los estellaradores llevó a la conclusión de que no son adecuados para contener plasma a alta temperatura. Además, la fabricación de imanes monstruosamente complejos ha demostrado ser un frenesí tecnológico incluso para la ciencia termonuclear. Sin embargo, después del atardecer, el concepto fue seguido por una canción de cisne en forma del proyecto Wendelstein 7-X. El cálculo del campo magnético óptimo y la síntesis de imanes usando una computadora en los años 80 permitió eliminar los problemas anteriores. Sin embargo, durante este tiempo, los tokamaks se adelantaron y resolvieron la parte principal de los problemas que los hicieron participar en una alternativa de stellarator. Sin embargo, los estelladores resultan ser demasiado complejos y de baja tecnología para reclamar un lugar en una planta de energía termonuclear.Por lo tanto, el W-7X es una impresionante lápida de ultra alta tecnología de uno de los conceptos de reactores termonucleares.
En conclusión, quiero señalar que todas estas nuevas empresas se encuentran en los Estados Unidos, Canadá y el Reino Unido. Aunque el mercado más favorable para el desarrollo de centrales termonucleares es probablemente China, el sudeste asiático y Europa continental (que reemplaza a las centrales eléctricas de carbón). Se puede concluir que para los inversores de otros países, esta dirección parece demasiado arriesgada y "larga" hasta ahora. Y llegando a esa conclusión, podemos ir más allá: tan pronto como veamos las primeras empresas taiwanesas, surcoreanas, japonesas y chinas sobre temas de fusión, podemos decir con gran confianza que ha llegado el momento de la energía de fusión.