Eu acho que será muito útil revisar as startups que trabalham no campo da energia termonuclear. Por que startups, não equipes de ciências da universidade, dizem? Uma startup é uma forma de organizar um projeto com uma meta prática claramente definida, e essa forma permite testar várias idéias com a máxima rigidez e clareza. Enquanto a tarefa da ciência como um todo é obter conhecimento sem nenhuma classificação especial em "útil" e "inútil" (um conhecimento inútil de que a corrente no fio causa a aparência de um campo magnético determina nossa vida hoje).
Obrigado pela ajuda na criação do artigo para Andrei Gavrilov.
Tentarei não apenas listar as startups, mas também avaliar seu “avanço” nessa estrada principal - a partir da ideia de trabalhar usinas termonucleares construídas com base nessa idéia. Além disso, darei uma breve descrição da atitude da comunidade de especialistas em relação a um conceito específico de reator termonuclear. Para avaliar a maturidade tecnológica, proponho colocar pontos de 1 a 7 de acordo com essa placa
Bem, vamos começar com algo bem conhecido
1.
Organização: ITER .
Nível técnico: 6.1.Ano de lançamento do projeto: 1992
Pessoas-chave: Dr. Bernard Bigot, Dr. Robert Aymar, acadêmico Eugene Velikhov, Dr. Gunter Janeschitz, Dr. Osamu Motojima, Dr. Ganhou Namkung.
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SiteDescrição do conceito: Tokamak clássico - uma câmara toroidal para confinamento magnético do plasma de fusão. Nesse conceito, o Q máximo (a razão entre a potência de aquecimento e a energia termonuclear) foi atingido, muito à frente de outras idéias. O ITER é o reator termonuclear mais avançado, permitindo obter um plasma termonuclear queima estável. No entanto, o projeto não é realmente uma startup que visa benefícios práticos, o que não permite que seja comparado com outros participantes desta lista.
Posição do especialista: Tokamaki provou ser a idéia de maior sucesso de um reator termonuclear, mas possui limitações fundamentais que praticamente não permitem trabalhar com uma reação termonuclear que não seja a
TD , e hoje existem grandes dificuldades de engenharia na criação de reatores de potência industriais com base nesse conceito (densidade potência do disjuntor, interrupções, estabilidade estrutural sob radiação de nêutrons, etc.).
2.
Organização: Tri Alpha EnergyNível técnico: 4.0Ano de lançamento do projeto: 1998
Pessoas-chave: Dr. Michl Binderbauer, Sergey Putvinsky, Norman Rostoker.
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SiteDescrição do conceito: FRC acionado por feixe - confinamento de um vórtice de plasma chamado FRC usando feixes de neutros injetados tangencialmente. Pacotes de neutros também fornecem parte da síntese. O conceito é distinguido pela física de muito sucesso, que teoricamente permite dominar não apenas as reações DT e DD, mas também o pB11. Por sua vez, pB11 significa quase completa (em comparação com DT) a ausência de resíduos radioativos, combustível barato generalizado e a simplicidade de engenharia do reator. Outra vantagem é a menor potência comparada aos tokamaks nos quais o reator "converge". Pelo menos, pode-se atribuir muito menos conhecimento e possíveis armadilhas. (
meu artigo sobre o projeto ).
Posição do especialista: A idéia de Norman Rostoker, de meados dos anos 90, foi testada pela equipe do TAE nos anos 2000 e acabou funcionando. Em particular, o tempo de retenção da FRC foi aumentado de centenas de microssegundos para dezenas de milissegundos, e foi encontrado o dimensionamento. Atualmente, a TAE obteve ~ 500 milhões de investimentos, possui uma equipe que inclui muitas das "estrelas" da fusão termonuclear controlada.
A escala do TAE mostra um progresso muito sério e a capacidade de atingir esses objetivos.3.
Organização: Hellion EnergyNível técnico: 2.5Ano de lançamento do projeto: 2005
Pessoas-chave: Dr. John Slough, Chris Dr. Pihl George Votroubek
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SiteDescrição do conceito: Norman Rostocker volta a ideia - dois vórtices FRC são acelerados pelo sistema magnético, colidem, convertendo a energia cinética em aquecimento e são comprimidos (pelo outro) pelo sistema magnético em parâmetros termonucleares. Reator de pulso.
Posição do especialista: Acredita-se que é muito difícil construir um reator de energia nesse conceito, tanto do ponto de vista da física quanto do ponto de vista da engenharia. No entanto, os fundadores da Hellion Energy estão cheios de otimismo e recentemente passaram de trabalhar em elementos de uma máquina de plasma para criar um reator que deveria testar a escalabilidade da ideia. Um dos cavalos escuros do mercado.
Uma avaliação bem-humorada da complexidade desse conceito do autor de outro conceito nesta lista.
4.
Organização: Fusão GeralNível técnico: 2.1Ano de lançamento do projeto: 2002
Pessoas-chave: Dr. Michel Laberge, Michael Delage
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SiteDescrição do conceito: Uma idéia um pouco semelhante à anterior é a compressão adiabática de duas FRCs em colisão. No entanto, aqui o meio de compressão é uma gota gigante de metal líquido, na qual uma onda esférica convergente é excitada por martelos a vapor (!). (
meu artigo sobre o projeto ).
Posição do especialista: Esse conceito tem uma longa história de desenvolvimento da tecnologia de “implosão de alvos de plasma magnetizados por revestimentos metálicos” e suas pernas estão crescendo a partir do projeto LINUS de 1972. A idéia não é ruim no papel, mas pouco estudada experimentalmente. Isso também é evidente na General Fusion - a startup já tem ~ 10 anos muito bem financiada (levantou mais de US $ 130 milhões) e deveria atingir o nível técnico ~ 3 já há 4 anos. No entanto, quase todos os elementos da máquina causam dificuldades e na cadeia de P&D, os problemas se multiplicam e o futuro se torna mais nebuloso. Atualmente, a realização do nível técnico 3 está prevista para 2021.
5.
Organização: Reator de fusão compacto (Lockheed Martin)Nível técnico: 2.1Ano de lançamento do projeto: 2010
Pessoas-chave: Dr. Tom McGuire, Sr. Charles Chase
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SiteDescrição do conceito: Uma armadilha aberta com dipolos intraplasma. Permite, como todas as armadilhas abertas, alcançar uma alta proporção do uso da pressão do campo magnético (em contraste com os tokamaks), o que significa que as reações DD, DHe3 estão disponíveis.
Posição do especialista: De fato, esse tipo de armadilha magnética conceitualmente remonta aos anos 60 e foi estudado de perto teórica e experimentalmente. Mas parece que a equipe do CFR não conhece a história, por isso enche muitos cones por conta própria. Curiosamente, os planos iniciais para criar um reator que se encaixa em um caminhão já foram descartados e o tamanho do reator mínimo aumentou para 7x22 metros. Se extrapolarmos ainda mais a experiência de trabalhar com esse conceito para a equipe de CFR, eles logo descobrirão que a colocação de bobinas supercondutoras diretamente dentro da reação termonuclear em andamento é, para dizer o mínimo, "sem engenharia" e provavelmente também não poderão sair do laboratório dessa vez.
6.
Organização: Energia TokamakNível técnico: 3.2Ano de lançamento do projeto: 2009
Pessoas-chave: Jonathan Carling, David Kingham, Michael Graznevitch
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SiteDescrição do conceito: O tokamak esférico é um tokamak ordinário geométrico "arredondado", cuja física favorece uma reação termonuclear mais simples. É um conceito bastante bem desenvolvido - existem 22 tokamaks esféricos de pesquisa no mundo, a maior das quais condições Q ~ 0.1 são obtidas (
meu artigo sobre o projeto ).
Posição do especialista: um tokamak esférico promete ignição em condições mais simples e com um tamanho menor e, à primeira vista, é muito mais fácil e barato fazer dele um reator industrial. No entanto, geometria compactada significa um pesadelo de engenharia e condições de trabalho mais intensas da estrutura, em particular na coluna central, o que pode significar um progresso simples e rápido para o nível técnico 5 e um impasse completo ainda mais.
7.
Organização: Sistemas de Fusão AplicadosNível técnico: 2.2Ano de lançamento do projeto: 2015
Pessoas-chave: Richard Dinan, Dr. James lambert
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SiteDescrição do conceito: Tokamak também esférico.
Posição do especialista: uma startup recém-lançada, com perspectivas pouco claras e até agora sem mostrar nenhum ferro. Um dos criadores é uma estrela de TV.
8.
Organização: EMCCNível técnico: 2.1Ano de lançamento do projeto: 1987
Pessoas-chave: Dr. Jaeyoung Park, Dr. Paul Sieck, Dr. Robert W. Bussard
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SiteDescrição do conceito: Confinamento eletrostático do tipo Polywell - no centro da câmara, uma nuvem de elétrons é criada e mantida por um campo magnético, para o qual os íons de deutério são atraídos, aceleram e colidem uns com os outros com uma reação termonuclear. Idealmente, este é um fusor com um cátodo virtual.
Posição do especialista: Há fortes dúvidas de que esse projeto seja viável no sentido de uma saída de energia positiva; no entanto, ele é atraente entre os amadores por sua facilidade de implementação, e o "aprimoramento" da polyvel é geralmente semelhante ao método de cutucada científica. Por muitas décadas, o EMCC sugou dinheiro da Marinha dos EUA para essa atividade, mostrando progresso zero.
9.
Organização: Convergent Scientific IncNível técnico:
1.5Ano de lançamento do projeto: 1987
Pessoas-chave: Sr. Devlin Baker, Dr. Joel Rogers, Dr. Matt Moynihan
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SiteDescrição do conceito: Também polywell, como na inicialização anterior.
Posição do especialista: No momento, essa empresa parece ter morrido, embora isso não tenha sido anunciado oficialmente.
10.
Organização: Fusion OneNível técnico: 1.5Ano de lançamento do projeto: 2015
Pessoas-chave: Sr. Randal Volberg, Dr. Scott cornish
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SiteDescrição do conceito: Também polywell, como na inicialização anterior.
Posição do especialista: Startup com as perspectivas mais duvidosas - tanto em termos do conceito escolhido quanto das competências dos fundadores. Mas há fotos de "gigawatt Polywell 5,5x5,5x5,5 metros" (ou seja, 16,1 MW / m ^ 2 são propostos para a densidade de energia termonuclear removida - várias vezes mais fria que o ITER).
11.
Organização: Lawrenceville Plasma Physics FusionNível técnico: 2.8Ano de lançamento do projeto: 1998
Pessoas-chave: Eric Lerner, Dr. Syed Hassan, Dr. Robert terry
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SiteDescrição do conceito: O foco no plasma é uma das primeiras idéias de um reator termonuclear. Em uma descarga elétrica coaxial final, as instabilidades comprimem fortemente o cordão plasmático, o que leva a condições termonucleares.
Posição do especialista: O foco no plasma há muito tempo é utilizado como uma tecnologia para a produção de nêutrons termonucleares, incluindo esses dispositivos são usados como fontes pulsadas de nêutrons em bombas nucleares. O nível técnico de “foco no plasma” alcançado nos centros de pesquisa militar dos EUA e da Rússia é incomensuravelmente maior do que o LPPX mostra. Em particular, a corrente total de instalações militares é uma ordem de magnitude superior. A partir disso, podemos concluir que a startup não tem perspectivas de criar um reator termonuclear, caso contrário, essa abordagem teria sido usada por especialistas em TCB com o salário do estado.
12.
Organização: First Light FusionNível técnico: 1.1Ano de lançamento do projeto: 2015
Pessoas-chave: Paul Hoolligan.
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SiteDescrição do conceito: Colapso de um alvo esférico com combustível termonuclear passando uma rápida onda de choque em um líquido.
Posição do especialista: No momento, esse é um conceito simples, quase não confirmado, que, no entanto, recebeu algum dinheiro para testes experimentais.
É aqui que as startups clássicas que desenvolvem suas idéias com o dinheiro de investidores privados e doações terminam, mas existem vários outros projetos que podem se tornar uma startup a qualquer momento, e vale a pena mencioná-los:
Projeto: CT Fusion (Dynomak)Nível técnico: 2.0
Pessoas-chave: Dr. Tom Jarboe, Dr. Aaron Hossack, Sr. Derek sutherland
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SiteDescrição do conceito: Armadilha magnética, onde o plasma se mantém com um campo magnético congelado complexamente torcido. Segundo os criadores, esse conceito pode ser levado a parâmetros termonucleares. (
meu artigo sobre o projeto ).
Posição de especialista: um projeto universitário que tentou se tornar um tokamak e trouxe rápido progresso a uma usina. A vantagem do conceito é a falta de um sistema magnético grande e pesado, menos as perspectivas aparentemente pouco claras de escala.
Projeto: Hyper-V + PLXNível técnico: 2.0Pessoas-chave: Dr. Scott Hsu, Dr. Doug Witherspoon,
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SiteDescrição do conceito: Outra opção para comprimir um alvo magnetizado com um revestimento, neste caso um plasma de gases nobres pesados. De certa forma, semelhante ao General Fusion. Um alvo DT de plasma esférico deve ser comprimido por raios de plasma que chegam de todas as direções, gerados por armas de plasma.
Posição do especialista: Um conceito moderadamente interessante que encontra dinheiro para experimentos em laboratórios nucleares dos EUA há cerca de 10 anos. De todos os conceitos de impulso, ele tem a vantagem de um alvo e condutores totalmente a gás, o que permite que você não se preocupe em criar um novo alvo e limpar os fragmentos antigos 10 vezes por segundo. Por outro lado, do ponto de vista dos parâmetros de compressão, esse experimento não mostra muito progresso por 5-7 anos, mas mostra um progresso na complicação do reator planejado - o caminho que mais frequentemente leva ao cemitério de conceitos termonucleares.
Projeto: MIT ARCNível técnico: 2.5
Pessoas-chave: BNSorbom, J.Ball, TRPalmer, FJMangiarotti
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SiteDescrição do conceito: Outra versão do tokamak: com um campo forte. Ao aumentar o campo magnético por um fator 2 (o que é muito difícil em engenharia), é possível obter um aumento de potência no mesmo volume de plasma em 16 vezes. Conceitualmente, problemas com a primeira parede e o desvio são exacerbados aqui, mas o ganho é perceptível a olho nu. Infelizmente, poucos tokamaks com um campo forte trabalharam no mundo, e essa direção ainda exige suas instalações intermediárias. (
meu artigo sobre o projeto ).
Posição do especialista: O ARC do laboratório de plasma da famosa Universidade MIT é uma liga de idéias brilhantes - um tokamak de alto campo com ímãs supercondutores de alta temperatura dobráveis, uma manta de sal líquido, redução de sistemas de manutenção de corrente etc. Infelizmente, todo esse esplendor permite desenhar uma máquina muito legal que facilmente coloca o ITER nas lâminas, mas, na realidade, pode exigir décadas de pesquisa e desenvolvimento e encontrar os problemas que levarão os tokamakas com um campo forte a um beco sem saída exatamente igual aos tradicionais. Assim, por exemplo, não muito tempo atrás, foi descoberto que um fluido condutor bombeado através de um forte campo magnético pode formar correntes de retorno - essas descobertas nos fazem repensar completamente a idéia de criar cobertores simples de sal líquido.
Projeto: NumerExNível técnico: 1.5
Pessoas-chave: Dr. Scott Hsu, Dr. Doug witherspoon
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SiteDescrição do conceito: Outro representante dos conceitos com a compressão do plasma magnetizado, de fato, a ressuscitação da idéia do LINUS 1972. Em uma cavidade cilíndrica de rotação rápida, é derramado metal líquido (NaK ou Li fundido), que é espalhado por força centrífuga ao longo das paredes e há um canal vazio no centro. Um alvo de plasma magnetizado é injetado no canal e, com a ajuda de pistões de gás, o metal é deslocado para mais perto do centro, colapsando o canal e comprimindo o alvo de plasma.
Posição do especialista: O conceito LINUS e seu desenvolvimento no NumerEx são muito bons em termos de física. No entanto, mesmo instalações experimentais básicas exigem engenharia sofisticada - válvulas de gás que quebram recordes em vários aspectos, grandes máquinas rotativas, integrando tudo isso com alto vácuo e injetores de plasma delicados. O caminho para verificar o conceito de dimensionamento não será barato nem rápido. Desse ponto de vista, o repensar criativo e a otimização de engenharia executados pela General Fusion parecem ser um trabalho muito correto, o que é muito difícil de superar.
Projeto: GDMLNível técnico: 3.5
Pessoas-chave: A.A. Ivanov, P.A. Bagryansky, A.D. Beklemishev
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SiteDescrição do conceito: As armadilhas abertas são a versão mais simples do confinamento magnético dos reatores contínuos a plasma termonuclear. Ao longo de sua longa história, eles tiveram vários altos e baixos, e a conquista da equipe de Novosibirsk pelo INP inspira otimismo sobre a possível liberação repentina de OL nos favoritos. (
meu artigo sobre o projeto ).
Posição do especialista: O projeto GDML combina idéias teóricas testadas experimentalmente e ainda remanescentes, que juntas possibilitam a montagem de um dos melhores (do ponto de vista econômico e de reações termonucleares disponíveis) entre todos os possíveis. Atualmente, o foco do INP é testar idéias adicionais que, se implementadas, possibilitam a fabricação de um reator GDML mínimo com dimensões de cerca de 30x3 metros. A única surpresa até agora é que não existe uma única startup no mundo que declare uma armadilha aberta como conceito, aparentemente pelo motivo de que repetir a experiência e a base experimental do INPP é muito caro para uma startup.
Projeto: MagLIFNível técnico: 3.1
Pessoas-chave: AB Sefkow, SA Slutz, JM Koning
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Link para revisãoDescrição do conceito: Outro representante de sistemas com compressão de alvos de plasma magnetizado. Um pequeno alvo cilíndrico com gás DT é aquecido e ionizado através da face final por um pulso de laser de alta potência. Em um plasma ionizado, um forte campo de iniciação (~ 10T) é induzido pela bobina externa, após o que uma corrente longitudinal de 25 mega-ampéres é passada através do alvo. O campo magnético da corrente comprime o alvo em um raio de cerca de 100 vezes, aquecendo ao mesmo tempo o combustível aos parâmetros termonucleares, após o que ocorre a ignição. (descrição mais detalhada em russo).
Posição do especialista: O MagLIF é um dos mais belos conceitos termonucleares que surgiram nos últimos 10 anos (suas raízes, no entanto, remontam a 1982) e que demonstraram resultados experimentais muito bons em 2014 (o acordo total com a teoria impedia os não-responsáveis de “dirigirem”) "Dentro da janela de plasma para transmissão de radiação laser).
Aparentemente, fisicamente esse conceito pode obter uma alta produção de energia - se você criar uma planta que forneça uma corrente pulsada de 70 megaamperes, a produção de energia será 1000 vezes maior que o consumo de energia.No entanto, como qualquer sistema de impulso, este apresenta duas dificuldades importantes que impedem a implementação de usinas de energia com base no conceito. Essa é a necessidade de montar metas complexas de alta tecnologia cerca de uma vez por segundo e introduzi-las na câmara de trabalho, bem como na própria câmara de trabalho, na qual cerca de uma tonelada de equivalente a TNT explodirá a cada segundo. Por essas razões, é improvável que alguma vez vejamos uma usina com um reator termonuclear pulsado, mas a física aqui é interessante ...Projeto: Wendelstein-7XNível técnico: 4.1
Pessoas-chave:Dr. Thomas Klinger, Dr. C Nührenberg, RC Wolf, J. Kisslinger→ Link para a visão geralDescrição do conceito: Os stellarators são um dos primeiros conceitos de armadilhas magnéticas fechadas, pares e concorrentes de tokamaks. Nos tokamaks, para reter o plasma em uma órbita em anel, é usada uma combinação astuta de campos magnéticos induzidos externos e internos, o que dá origem a uma certa classe de instabilidades. Além disso, os tokamaks eram originalmente máquinas pulsadas, embora mais tarde aprendessem a manter a corrente do plasma por um tempo ilimitado. Na tentativa de se livrar desses problemas, inventores foram inventados - armadilhas toroidais com um campo magnético bloqueado.Posição de especialista:Os stellarators foram um dos conceitos nos quais eles investiram muito ativamente na década de 1960 (junto com as armadilhas abertas). No entanto, um estudo detalhado da física dos stellarators levou à conclusão de que eles não são adequados para armazenar plasma de alta temperatura. Além disso, a fabricação de ímãs monstruosamente complexos provou ser um frenesi tecnológico, mesmo para a ciência termonuclear. No entanto, após o pôr do sol, o conceito foi seguido por uma canção de cisne na forma do projeto Wendelstein 7-X. O cálculo do campo magnético ideal e a síntese de ímãs usando um computador nos anos 80 possibilitou a remoção dos problemas acima. No entanto, durante esse período, os tokamaks foram muito além e resolveram a parte principal dos problemas que os levaram a se envolver em uma alternativa estelar. Os stellarators, no entanto, acabam sendo muito complexos e de baixa tecnologia para reivindicar um lugar em uma usina termonuclear.Assim, o W-7X é uma impressionante lápide de alta tecnologia de um dos conceitos de reatores termonucleares.
Concluindo, quero observar que todas essas startups estão localizadas nos EUA, Canadá e Reino Unido. Embora o mercado mais favorável para o desenvolvimento de usinas termonucleares seja provavelmente a China, o Sudeste Asiático e a Europa continental (substituindo as usinas a carvão). Pode-se concluir que, para investidores de outros países, essa direção parece muito arriscada e "longa" até agora. E, chegando a essa conclusão, podemos ir além - assim que assistirmos às primeiras startups de Taiwan, Coreia do Sul, Japão e Chinês sobre tópicos de fusão, podemos dizer com grande confiança que chegou a hora da energia de fusão.