Je pense qu'il sera très utile de passer en revue les startups travaillant dans le domaine de l'énergie thermonucléaire. Pourquoi les startups, pas les équipes scientifiques universitaires, disent? Une startup est une forme d'organisation d'un projet avec un objectif pratique clairement défini, et ce formulaire vous permet de tester différentes idées avec un maximum de rigidité et de clarté. Alors que la tâche de la science dans son ensemble est d'obtenir des connaissances sans aucun tri spécial en «utiles» et «inutiles» (une fois que la connaissance inutile que le courant dans le fil provoque l'apparition d'un champ magnétique détermine notre vie aujourd'hui).
Merci pour l'aide à la création de l'article à Andrei Gavrilov.
J'essaierai non seulement d'énumérer les startups, mais aussi d'évaluer leur «avancement» sur cette route principale - à partir de l'idée de faire fonctionner des centrales thermonucléaires construites sur la base de cette idée. En outre, je donnerai une brève description de l'attitude de la communauté d'experts à l'égard d'un concept particulier de réacteur thermonucléaire. Afin d'évaluer la maturité technologique, je propose de mettre les points de 1 à 7 en fonction d'une telle plaque
Commençons par quelque chose de bien connu
1.
Organisation: ITER .
Niveau technique: 6.1.Année de lancement du projet: 1992
Personnes clés: Dr. Bernard Bigot, Dr Robert Aymar, académicien Eugene Velikhov, Dr. Gunter Janeschitz, Dr. Osamu Motojima, Dr. Won Namkung.
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Site WebDescription du concept: Tokamak classique - une chambre toroïdale pour le confinement magnétique du plasma de fusion. Sur ce concept, le Q maximum (le rapport entre la puissance de chauffage et la puissance thermonucléaire) a été atteint, ce qui est bien en avance sur les autres idées. ITER est le réacteur thermonucléaire le plus avancé, permettant d'obtenir un plasma thermonucléaire à combustion stable. Cependant, le projet n'est pas vraiment une startup visant des bénéfices pratiques, ce qui ne permet pas de le comparer aux autres participants de cette liste.
Poste d'
expert: Tokamaki s'est avéré être l'idée la plus réussie d'un réacteur thermonucléaire, mais il a des limites fondamentales qui ne permettent pratiquement pas de travailler avec une réaction thermonucléaire autre que
DT , et aujourd'hui il y a de grandes difficultés d'ingénierie à créer des réacteurs de puissance industriels basés sur ce concept (densité puissance du divertor, perturbations, stabilité structurelle sous rayonnement neutronique, etc.).
2.
Organisation: Tri Alpha EnergyNiveau technique: 4.0Année de lancement du projet: 1998
Personnes clés: Dr. Michl Binderbauer, Sergey Putvinsky, Norman Rostoker.
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Site WebDescription du concept: FRC piloté par faisceau - confinement d'un vortex de plasma appelé FRC en utilisant des faisceaux de neutres à injection tangentielle. Des faisceaux de neutres fournissent également une partie de la synthèse. Le concept se distingue par une physique très réussie, qui permet théoriquement de maîtriser non seulement les réactions DT et DD, mais aussi pB11. À son tour, pB11 signifie presque complet (par rapport à DT) l'absence de déchets radioactifs, un combustible bon marché répandu et la simplicité d'ingénierie du réacteur. Un autre avantage est la puissance inférieure par rapport aux tokamaks où le réacteur «converge». Par le moins peut être attribué beaucoup moins de connaissances et de pièges possibles. (
mon article sur le projet ).
Poste d'expert: L'idée de Norman Rostoker du milieu des années 90 a été testée par l'équipe TAE dans les années 2000 et s'est avérée efficace. En particulier, le temps de maintien du FRC est passé de centaines de microsecondes à des dizaines de millisecondes, une mise à l'échelle a été trouvée. Actuellement, TAE a gagné ~ 500 millions d'investissements, a une équipe qui comprend de nombreuses "étoiles" de fusion thermonucléaire contrôlée.
La mise à l'échelle du TAE montre des progrès très sérieux et la capacité d'atteindre ces objectifs.3.
Organisation: Hellion EnergyNiveau technique: 2,5Année de lancement du projet: 2005
Personnes clés: Dr. John Slough, Chris Pihl, Dr George Votroubek
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Site WebDescription du concept: L'idée est à nouveau de Norman Rostocker - deux tourbillons FRC sont accélérés par le système magnétique, entrent en collision, traduisant l'énergie cinétique en chauffage, et sont compressés (par l'autre) par le système magnétique en paramètres thermonucléaires. Réacteur à impulsions.
Position d'expert: On pense qu'il est très difficile de construire un réacteur à énergie sur ce concept à la fois du point de vue de la physique et du point de vue de l'ingénierie. Cependant, les fondateurs de Hellion Energy sont pleins d'optimisme et sont récemment passés du travail sur les éléments d'une machine à plasma à la création d'un réacteur qui devrait tester l'évolutivité de l'idée. L'un des chevaux sombres du marché.
Une évaluation humoristique de la complexité de ce concept par l'auteur d'un autre concept de cette liste.
4.
Organisation: General FusionNiveau technique: 2.1Année de lancement du projet: 2002
Personnes clés: Dr. Michel Laberge, Michael Delage
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Site WebDescription du concept: Une idée quelque peu similaire à la précédente est la compression adiabatique de deux FRC en collision. Cependant, ici le milieu de compression est une goutte géante de métal liquide dans laquelle une onde sphérique convergente est excitée par des marteaux à vapeur (!). (
mon article sur le projet ).
Poste d'expert: Ce concept a une longue histoire de développement de la technologie de «l'implosion de cibles plasma aimantées par des revêtements métalliques», et ses jambes se développent à partir du projet LINUS de 1972. L'idée n'est pas mauvaise sur le papier, mais peu étudiée expérimentalement. Cela ressort également de General Fusion - la startup est déjà ~ 10 ans très bien financée (a levé plus de 130 millions de dollars), et devait atteindre le niveau technique ~ 3 dès il y a 4 ans. Cependant, presque tous les éléments de la machine causent des difficultés et la chaîne de R&D, les problèmes se multiplient et l'avenir devient plus brumeux. Actuellement, la réalisation du niveau technique 3 est prévue en 2021.
5.
Organisation: réacteur à fusion compact (Lockheed Martin)Niveau technique: 2.1Année de lancement du projet: 2010
Personnes clés: Dr. Tom McGuire, M. Charles Chase
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Site WebDescription du concept: Un piège ouvert avec des dipôles intraplasma. Il permet, comme tous les pièges ouverts, d'obtenir une proportion élevée d'utilisation de la pression du champ magnétique (contrairement aux tokamaks), ce qui signifie que des réactions DD, DHe3 sont disponibles.
Position d'expert: En fait, ce type de piège magnétique remonte conceptuellement aux années 60 et a été étudié de près théoriquement et expérimentalement. Mais il semble que l'équipe CFR ne connaisse pas l'histoire, elle remplit donc de nombreux cônes à elle seule. Il est intéressant de noter que les plans initiaux de création d'un réacteur pouvant être installé dans un camion ont déjà été abandonnés et que la taille du réacteur minimal est passée à 7 x 22 mètres. Si nous extrapolons davantage l'expérience de travail avec ce concept à l'équipe CFR, alors ils devraient bientôt découvrir que placer des bobines supraconductrices directement à l'intérieur de la réaction thermonucléaire en cours est, pour le moins, «pas d'ingénierie», et très probablement ils ne pourront pas sortir du laboratoire cette fois-ci non plus.
6.
Organisation: Tokamak EnergyNiveau technique: 3.2Année de lancement du projet: 2009
Personnes clés: Jonathan Carling, David Kingham, Michael Graznevitch
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Site WebDescription du concept: Le tokamak sphérique est un tokamak ordinaire «arrondi» géométrique, dont la physique favorise une réaction thermonucléaire plus simple. C'est un concept assez bien développé - il existe 22 tokamaks sphériques de recherche dans le monde, dont les plus grandes conditions Q ~ 0,1 sont obtenues (
mon article sur le projet ).
Position d'expert: un tokamak sphérique promet un allumage dans des conditions plus simples et de plus petite taille, et à première vue, il est beaucoup plus facile et moins cher d'en faire un réacteur industriel. Cependant, la géométrie compressée signifie un cauchemar technique et des conditions de travail plus intenses de la structure, en particulier dans la colonne centrale, ce qui peut signifier une progression simple et rapide au niveau technique 5 et une impasse complète.
7.
Organisation: systèmes de fusion appliquésNiveau technique: 2.2Année de lancement du projet: 2015
Personnes clés: Richard Dinan, Dr. James lambert
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Site WebDescription du concept: également tokamak sphérique.
Position d'expert: une start-up récemment lancée avec des perspectives incertaines et ne montrant jusqu'à présent aucun fer. L'un des créateurs est une star de la télévision.
8.
Organisation: EMCCNiveau technique: 2.1Année de lancement du projet: 1987
Personnes clés: Dr. Jaeyoung Park, Dr. Paul Sieck, Dr Robert W. Bussard
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Site WebDescription du concept: confinement électrostatique de type Polywell - au centre de la chambre, un nuage d'électrons est créé et maintenu par un champ magnétique, vers lequel les ions deutérium sont attirés, accélèrent et entrent en collision les uns avec les autres par une réaction thermonucléaire. Idéalement, il s'agit d'un fusor avec une cathode virtuelle.
Position d'expert: il y a de forts doutes qu'une telle conception soit réalisable dans le sens d'une sortie d'énergie positive, cependant, elle est attrayante parmi les amateurs pour sa facilité de mise en œuvre, et l '"amélioration" du polyvel est généralement similaire à la méthode de piquer scientifique. Pendant de nombreuses décennies, l'EMCC a aspiré de l'argent de la marine américaine pour une telle activité, sans aucun progrès.
9.
Organisation: Convergent Scientific IncNiveau technique:
1,5Année de lancement du projet: 1987
Personnes clés: M. Devlin Baker, Dr Joel Rogers, Dr Matt Moynihan
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Site WebDescription du concept: Aussi polywell, comme le démarrage précédent.
Poste d'expert: Pour le moment, cette entreprise semble être décédée, bien que cela n'ait pas été officiellement annoncé.
10.
Organisation: Fusion OneNiveau technique: 1,5Année de lancement du projet: 2015
Personnes clés: M. Randal Volberg, Dr Scott cornish
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Site WebDescription du concept: Aussi polywell, comme le démarrage précédent.
Position d'expert: Startup avec les perspectives les plus douteuses - à la fois en termes de concept choisi et de compétences des fondateurs. Mais il existe des images «de gigawatt polywell de 5,5x5,5x5,5 mètres» (c'est-à-dire que 16,1 MW / m ^ 2 sont proposés pour la densité d'énergie thermonucléaire éliminée - plusieurs fois plus froide que ITER).
11.
Organisation: Lawrenceville Plasma Physics FusionNiveau technique: 2,8Année de lancement du projet: 1998
Personnes clés: Eric Lerner, Dr. Syed Hassan, Dr Robert terry
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Site WebDescription du concept: Le foyer plasma est l'une des premières idées d'un réacteur thermonucléaire. Dans une décharge électrique coaxiale finale, les instabilités compressent fortement le cordon plasmatique, ce qui conduit à des conditions thermonucléaires.
Poste d'expert: le foyer plasma est utilisé depuis longtemps comme technologie de production de neutrons thermonucléaires, notamment ces dispositifs sont utilisés comme sources de neutrons pulsés dans les bombes nucléaires. Le niveau technique de «concentration plasma» atteint dans les centres de recherche militaire des États-Unis et de la Russie est infiniment plus élevé que celui du LPPX. En particulier, le courant total des installations militaires est d'un ordre de grandeur supérieur. On peut en conclure que la startup n'a aucune perspective de création d'un réacteur thermonucléaire, sinon cette approche aurait été utilisée par des spécialistes du TCB au salaire de l'Etat.
12.
Organisation: First Light FusionNiveau technique: 1.1Année de lancement du projet: 2015
Personnes clés: Paul Hoolligan.
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Site WebDescription du concept: Effondrement d'une cible sphérique avec du combustible thermonucléaire passant une onde de choc rapide dans un liquide.
Position d'expert: Pour le moment, il s'agit d'un concept nu presque non confirmé, qui a néanmoins reçu de l'argent pour des tests expérimentaux.
C'est là que s'arrêtent les startups classiques développant leurs idées avec l'argent d'investisseurs privés et de subventions, mais il existe plusieurs autres projets qui peuvent devenir une startup à tout moment, et il convient de les mentionner:
Projet: CT Fusion (Dynomak)Niveau technique: 2.0
Personnes clés: Dr. Tom Jarboe, Dr Aaron Hossack, M. Derek sutherland
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Site WebDescription du concept: Piège magnétique, où le plasma se maintient avec un champ magnétique figé complexe. Selon les créateurs, ce concept peut être amené à des paramètres thermonucléaires. (
mon article sur le projet ).
Poste d'expert: Un projet universitaire qui a essayé de devenir un tokamak et a rapidement progressé dans une centrale électrique. L'avantage du concept est l'absence d'un système magnétique grand et lourd, sans les perspectives apparemment peu claires de mise à l'échelle.
Projet: Hyper-V + The PLXNiveau technique: 2.0Personnes clés: Dr. Scott Hsu, Dr Doug Witherspoon,
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Site WebDescription du concept: Une autre option pour comprimer une cible aimantée avec un liner, en l'occurrence un plasma de gaz nobles lourds. À certains égards, semblable à General Fusion. Une cible de plasma sphérique DT doit être compressée par des faisceaux de plasma provenant de toutes les directions, qui sont générés par des pistolets à plasma.
Poste d'expert: concept modérément intéressant qui trouve de l'argent pour des expériences dans des laboratoires nucléaires américains depuis environ 10 ans. De tous les concepts d'impulsion, il a l'avantage d'une cible et de pilotes entièrement à gaz, ce qui vous permet de ne pas vous soucier de créer une nouvelle cible et de nettoyer les anciens fragments 10 fois par seconde. D'un autre côté, du point de vue des paramètres de compression, cette expérience n'a pas montré beaucoup de progrès depuis 5-7 ans, mais elle montre des progrès dans la complication du réacteur prévu - le chemin qui mène le plus souvent au cimetière des concepts thermonucléaires.
Projet: MIT ARCNiveau technique: 2,5
Personnes clés: BNSorbom, J.Ball, TRPalmer, FJMangiarotti
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Site WebDescription du concept: Une autre version du tokamak: avec un champ fort. En augmentant le champ magnétique d'un facteur 2 (ce qui est très difficile en ingénierie), on peut obtenir une augmentation de puissance dans le même volume de plasma d'un facteur 16. Conceptuellement, les problèmes avec la première paroi et le divertor sont exacerbés ici, mais le gain est perceptible à l'œil nu. Malheureusement, peu de tokamaks avec un fort champ ont travaillé dans le monde, et cette direction nécessite encore ses installations intermédiaires. (
mon article sur le projet ).
Poste d'expert: l' ARC du laboratoire plasma de la célèbre université MIT est un alliage d'idées brillantes - un tokamak à champ élevé avec des aimants supraconducteurs pliables à haute température, une couverture de sel liquide, une réduction des systèmes de maintenance de courant, etc. Malheureusement, toute cette splendeur vous permet de dessiner une machine très cool qui met facilement ITER sur les lames, mais en réalité, cela peut nécessiter des décennies de R&D et de trouver les problèmes qui mèneront les tokamakas avec un champ fort à une impasse exactement de la même manière que les traditionnels. Ainsi, par exemple, il n'y a pas si longtemps, on a découvert qu'un fluide conducteur qui est pompé à travers un champ magnétique puissant peut former des courants circulant vers l'arrière - de telles découvertes nous font repenser complètement l'idée de créer de simples couvertures de sel liquide.
Projet: NumerExNiveau technique: 1,5
Personnes clés: Dr. Scott Hsu, Dr Doug Witherspoon
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Site WebDescription du concept: Un autre représentant des concepts avec la compression de plasma magnétisé, en fait, la réanimation de l'idée LINUS 1972. Dans une cavité cylindrique à rotation rapide, du métal liquide (NaK ou Li fondu) est coulé, qui est dispersé par la force centrifuge le long des parois et il y a un canal vide au centre. Une cible de plasma magnétisée est injectée dans le canal et, à l'aide de pistons à gaz, le métal est déplacé plus près du centre, effondrant le canal et comprimant la cible de plasma.
Position d'expert: Le concept LINUS et son développement chez NumerEx sont assez bons en termes de physique. Cependant, même les installations expérimentales de base nécessitent une ingénierie sophistiquée - des vannes de gaz qui battent des records à plusieurs égards, de grandes machines tournantes, intégrant tout cela avec un vide poussé et des injecteurs de plasma délicats. Le chemin pour vérifier le concept de mise à l'échelle ne sera ni bon marché ni rapide. De ce point de vue, la refonte créative et l'optimisation de l'ingénierie menées par General Fusion semblent être un travail très correct, ce qui est très difficile à dépasser.
Projet: GDMLNiveau technique: 3,5
Personnes clés: A.A. Ivanov, P.A. Bagryansky, A.D. Beklemishev
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Site WebDescription du concept: Les pièges ouverts sont la version la plus simple du confinement magnétique des réacteurs continus à plasma thermonucléaire. Au cours de leur longue histoire, ils ont connu plusieurs hauts et des bas, et la réussite de l'équipe de Novossibirsk de l'INP inspire l'optimisme quant à la possible libération soudaine de l'OL dans les favoris. (
mon article sur le projet ).
Position d'expert: Le projet GDML combine à la fois des idées expérimentales testées et des idées théoriques restantes, qui ensemble permettent de rassembler l'un des meilleurs (du point de vue économique et des réactions thermonucléaires disponibles) parmi tous les réacteurs possibles. À l'heure actuelle, l'INP se concentre sur le test d'idées supplémentaires qui, si elles sont mises en œuvre, permettent de fabriquer un réacteur GDML minimal avec des dimensions d'environ 30x3 mètres. La seule surprise jusqu'à présent est qu'il n'y a pas une seule startup au monde qui déclarerait un piège ouvert comme concept, apparemment pour la raison que répéter l'expérience INPP et la base expérimentale est trop cher pour une startup.
Projet: MagLIFNiveau technique: 3.1
Personnes clés: AB Sefkow, SA Slutz, JM Koning
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Lien pour revoirDescription du concept: Un autre représentant des systèmes à compression de cibles plasma magnétisées. Une petite cible cylindrique avec du gaz DT est chauffée et ionisée à travers la face d'extrémité par une impulsion laser haute puissance. Dans un plasma ionisé, un fort champ d'amorçage (~ 10T) est induit par la bobine externe, après quoi un courant longitudinal de 25 méga ampères traverse la cible. Le champ magnétique du courant comprime la cible dans un rayon d'environ 100 fois, en chauffant en même temps le carburant à des paramètres thermonucléaires, après quoi l'inflammation se produit. (description plus détaillée en russe).
Position d'expert: MagLIF est l'un des plus beaux concepts thermonucléaires apparus au cours des 10 dernières années (ses racines remontent cependant à 1982), et qui a démontré de très bons résultats expérimentaux en 2014 (un accord total avec la théorie a empêché les disparus de "conduire") "A l'intérieur de la fenêtre plasma pour transmettre le rayonnement laser).
Apparemment, physiquement, ce concept peut atteindre une sortie d'énergie élevée - si vous créez une usine qui fournit un courant pulsé de 70 méga ampères, la sortie d'énergie sera 1000 fois plus élevée que la consommation d'énergie.Cependant, comme tous les systèmes à impulsions, celui-ci présente deux difficultés importantes qui entravent la mise en œuvre de centrales électriques basées sur le concept. C'est la nécessité d'assembler des cibles de haute technologie complexes environ une fois par seconde, et de les introduire dans la chambre de travail, ainsi que dans la chambre de travail elle-même, dans laquelle environ une tonne d'équivalent TNT explosera chaque seconde. Pour ces raisons, il est peu probable que nous voyions une centrale électrique avec un réacteur thermonucléaire pulsé, mais la physique ici est intéressante ...Projet: Wendelstein-7XNiveau technique: 4.1
Personnes clés:Dr. Thomas Klinger, Dr C Nührenberg, RC Wolf, J. Kisslinger→ Lien vers l'aperçuDescription du concept: Les stellarateurs sont l'un des premiers concepts de pièges magnétiques fermés, de pairs et de concurrents de tokamaks. Dans les tokamaks, pour retenir le plasma sur une orbite annulaire, une combinaison astucieuse de champs magnétiques induits externes et internes est utilisée, ce qui donne lieu à une certaine classe d'instabilités. De plus, les tokamaks étaient à l'origine des machines à impulsions, bien qu'ils aient appris plus tard à maintenir le courant plasmatique pendant une durée illimitée. Afin de se débarrasser de ces problèmes, des stellarateurs ont été inventés - des pièges toroïdaux avec un champ magnétique étouffé.Position d'expert:Les stellarateurs étaient l'un des concepts dans lesquels ils ont investi très activement dans les années 1960 (avec les pièges ouverts). Cependant, une étude détaillée de la physique des stellarateurs a conduit à la conclusion qu'ils ne sont pas adaptés pour contenir du plasma à haute température. De plus, la fabrication d'aimants monstrueusement complexes s'est avérée être une frénésie technologique même pour la science thermonucléaire. Cependant, après le coucher du soleil, le concept a été suivi d'une chanson de cygne sous la forme du projet Wendelstein 7-X. Le calcul du champ magnétique optimal et la synthèse d'aimants à l'aide d'un ordinateur dans les années 80 ont permis de supprimer les problèmes ci-dessus. Cependant, pendant ce temps, les tokamaks sont allés très loin et ont résolu l'essentiel des problèmes qui les ont amenés à s'engager dans une alternative stellaratrice. Cependant, les stellarateurs s'avèrent trop complexes et peu technologiques pour prétendre à une place dans une centrale thermonucléaire.Ainsi, le W-7X est une superbe pierre tombale ultra-high-tech de l'un des concepts des réacteurs thermonucléaires.
En conclusion, je tiens à noter que toutes ces startups sont situées aux États-Unis, au Canada et au Royaume-Uni. Bien que le marché le plus favorable au développement de centrales thermonucléaires soit probablement la Chine, l'Asie du Sud-Est et l'Europe continentale (en remplacement des centrales à charbon). On peut conclure que pour les investisseurs d'autres pays, cette direction semble jusqu'à présent trop risquée et «longue». Et en tirant une telle conclusion, nous pouvons aller plus loin - dès que nous verrons les premières start-up taïwanaises, sud-coréennes, japonaises et chinoises sur des sujets de fusion, nous pouvons dire avec une grande confiance que le temps est venu pour l'énergie de fusion.