Ogólna fuzja - General Fusion

Ogólna fuzja
Rodzaj Firma prywatna
Przemysł Moc termojądrowa
Założony 2002 ; 19 lat temu ( 2002 )
Założyciel Michel Laberge
Siedziba
Burnaby , Kolumbia Brytyjska
,
Kanada
Kluczowi ludzie
Liczba pracowników
 140
Strona internetowa www .generalfusion .com

Ogólne Fusion jest kanadyjska firma z siedzibą w Burnaby , British Columbia , która rozwija się syntezy termojądrowej urządzenia oparte na namagnesowany fuzji docelowej (MTF). Od 2018 r. opracowuje prototyp, który ma być gotowy do 2022 r.

Opracowywane urządzenie wstrzykuje namagnesowany cel, masę plazmy w postaci zwartego toroidu , do cylindra z wirującego ciekłego metalu. Tarcza jest mechanicznie ściskana do gęstości i ciśnień związanych z fuzją za pomocą od kilkunastu do kilkuset (w różnych konstrukcjach) tłoków napędzanych parą.

W 2018 roku firma opublikowała artykuły dotyczące sferycznego tokamaka zamiast toroidu . Nie jest jasne, czy oznacza to poważną zmianę projektu. W czerwcu 2021 r. firma ogłosiła, że ​​w ramach partnerstwa publiczno-prywatnego z rządem Wielkiej Brytanii wybuduje w Wielkiej Brytanii w latach 2022–2025 elektrownię demonstracyjną na pełną skalę wybuduje 70% elektrowni jądrowej.

Organizacja

W skład zespołu zarządzającego wchodzą Christofer M. Mowry, dyrektor generalny (CEO), Greg Twinney, dyrektor finansowy (CFO), Michel Laberge , dyrektor ds. naukowych (CSO) i Ryan Guerrero, dyrektor ds. technologii (CTO).

Mowry był dyrektorem generalnym i prezesem General Synfuels International. Wcześniej założył i prowadził Generation mPower , firmę sprzedającą małe reaktory modułowe (SMR), technologię energetyki jądrowej. Pełnił funkcję prezesa Babcock & Wilcox (B&W) Nuclear Energy oraz dyrektora operacyjnego (COO) WSI.

Laberge pełni wiele obowiązków w General Fusion, w tym budowanie partnerstwa z międzynarodowymi instytucjami badawczymi oraz nadzorowanie partnerstw z rządami i innymi firmami oraz strategii rozwoju technologii. Wcześniej był współzałożycielem firmy Energate, Inc. zajmującej się technologią reagowania na popyt na mieszkania. Pracował również jako inżynier projektujący systemy robotyki dla Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS).

Radzie dyrektorów przewodniczy Frederick W. Buckman senior, były dyrektor generalny Consumers Power . Zarządowi doradza Naukowy Komitet Doradczy, w skład którego wchodzą Carol M. Browner , fizyk T. Kenneth Fowler i astronauta Mark Kelly .

Technologia

Schemat elektrowni General Fusion

Namagnesowany system syntezy docelowej firmy General Fusion wykorzystuje około 3 metrową kulę wypełnioną mieszanką stopionego ciekłego ołowiu i litu. Ciecz wiruje, tworząc pionową wnękę w środku kuli. Ten przepływ wirowy jest ustalany i utrzymywany przez zewnętrzny system pompujący; ciecz wpływa do kuli przez stycznie skierowane porty na równiku i wypływa promieniowo przez porty w pobliżu biegunów kuli.

W górnej części kuli zamocowany jest wtryskiwacz plazmy, z którego do środka wiru wtryskiwany jest impuls magnetycznie ograniczonego paliwa plazmy deuterowo - trytowego . Na impuls zużywa się kilka miligramów gazu. Gaz jest jonizowany przez zespół kondensatorów, tworząc plazmę sferomaka (samozamykające się namagnesowane pierścienie plazmowe ) złożoną z paliwa deuterowo-trytowego.

Zewnętrzna część kuli pokryta jest tłokami parowymi, które popychają ciekły metal i załamują wir, tym samym ściskając plazmę. Kompresja zwiększa gęstość i temperaturę plazmy do zakresu, w którym atomy paliwa łączą się, uwalniając energię w postaci szybkich neutronów i cząstek alfa .

Tłoki do kompresji plazmy

Energia ta ogrzewa ciekły metal, który jest następnie pompowany przez wymiennik ciepła w celu wytworzenia energii elektrycznej za pośrednictwem turbiny parowej. Proces formowania i sprężania plazmy powtarza się, a ciekły metal jest w sposób ciągły pompowany przez system. Część pary jest zawracana do zasilania tłoków.

Wykładzina z ciekłego metalu, oprócz swojej roli w sprężaniu plazmy, osłania strukturę elektrowni przed neutronami uwalnianymi w wyniku reakcji syntezy deuteru z trytem, ​​rozwiązując problem uszkodzeń strukturalnych materiałów, z którymi styka się plazma . Lit w mieszaninie hoduje tryt.

Linus

Główny artykuł: Linus (eksperyment syntezy)
Wtryskiwacz plazmowy

Podejście General Fusion opiera się na koncepcji Linusa opracowanej przez Laboratorium Badawcze Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych (NRL) od 1972 roku. Naukowcy z NRL zasugerowali podejście, które zachowuje wiele zalet kompresji wykładziny w celu osiągnięcia małej skali, wysokiej gęstości energii połączenie.

W koncepcji Linusa wirująca wykładzina z ciekłego litu jest implodowana mechanicznie, przy użyciu wysokociśnieniowego helu jako źródła energii. Wkładka działa jak cylindryczny tłok, który adiabatycznie ściska magnetycznie zamkniętą plazmę do temperatury stapiania i stosunkowo dużej gęstości (~10 17 jonów.cm -3 ). W dalszej ekspansji energia plazmy i energia syntezy niesione przez uwięzione cząstki alfa są bezpośrednio odzyskiwane, dzięki czemu cykl mechaniczny jest samowystarczalny.

Ciekły metal działa zarówno jako mechanizm ściskania, jak i mechanizm przenoszenia ciepła, umożliwiając wychwycenie energii z reakcji fuzji w postaci ciepła. Naukowcy z Linusa przewidzieli, że wykładzina może być również wykorzystywana do produkcji paliwa trytowego dla elektrowni i chronić maszynę przed neutronami o wysokiej energii.

Według Laberge, Linus nie potrafił właściwie zmierzyć czasu kompresji przy użyciu technologii tamtej epoki. Szybsze komputery zapewniają wymagany czas. Jednak różne urządzenia Linus bez ograniczeń czasowych, w tym systemy wykorzystujące pojedyncze tłoki, zostały zbudowane podczas eksperymentów w latach 70. i wykazały w pełni odwracalne suwy sprężania.

Historia

Firma została założona w 2002 roku przez byłego starszego fizyka i głównego inżyniera Creo Products, Michela Laberge . Uzyskał doktorat. Doktoryzował się z fizyki na University of British Columbia w 1990 roku i ukończył badania w École Polytechnique i National Research Council of Canada. Przed założeniem General Fusion Laberge przez dziewięć lat pracował jako starszy fizyk i główny inżynier w Creo Products.

W 2013 roku skonstruowano prototypowy system sprężania, który sprawdził się jako prototyp, z 14 pełnowymiarowymi tłokami o sferycznej komorze sprężania o średnicy 1 metra, aby zademonstrować sprężanie pneumatyczne i zapadanie się wiru ciekłego metalu.

Około 2013 roku zastosowano pneumatyczne tłoki do wytworzenia zbieżnej fali sferycznej w celu kompresji plazmy. Każdy system składał się z 100 kg tłoka młotkowego o średnicy 30 cm, wbijanego w otwór o długości 1 m za pomocą sprężonego powietrza. Tłok młotka uderzył w kowadło na końcu otworu, generując impuls akustyczny o dużej amplitudzie, który był przekazywany do ciekłego metalu w komorze sprężania. Aby stworzyć falę sferyczną, czas tych uderzeń musiał być kontrolowany z dokładnością do 10 µs. Firma zarejestrowała sekwencje kolejnych strzałów z prędkością uderzenia 50 m/si synchronizacją czasową w ciągu 2 µs.

Od momentu powstania do 2016 roku firma zbudowała kilkanaście wtryskiwaczy plazmowych. Obejmują one duże dwustopniowe wtryskiwacze z sekcjami formowania i przyspieszania magnetycznego (nazywane eksperymentami „PI”) oraz trzy generacje mniejszych, jednostopniowych wtryskiwaczy tylko formujących (MRT, PROSPECTOR i SPECTOR). Firma opublikowała badania wykazujące żywotność SPECTOR do 2 milisekund i temperatury przekraczające 400 eV.

Od 2016 roku firma opracowała podsystemy elektrowni, w tym wtryskiwacze plazmowe i technologię sterownika kompresji. Patenty zostały przyznane w 2006 roku na projekt reaktora energii termojądrowej oraz technologie wspomagające, takie jak akceleratory plazmowe (2015), metody tworzenia wirów ciekłego metalu (2016) i wyparki litu (2016).

W 2016 roku w projekcie GF zastosowano kompaktową plazmę toroidalną utworzoną przez współosiowe działo Marshal (rodzaj plazmowego działa szynowego ), z polami magnetycznymi wspieranymi przez wewnętrzne prądy plazmy i prądy wirowe w ścianie konserwatora strumienia. W 2016 roku firma zgłosiła czas życia plazmy do 2 milisekund i temperatury elektronów przekraczające 400 eV (4 800 000 stopni C).

W grudniu 2017 r. wtryskiwacz plazmowy PI3 nosił tytuł najpotężniejszego wtryskiwacza plazmowego na świecie, dziesięciokrotnie silniejszy niż jego poprzednik. Urządzenie wykorzystywało 15-tonowy zbiornik ciekłego ołowiu, pompowany z prędkością 100 kg/s w celu utworzenia wiru wewnątrz sferycznej komory sprężania o średnicy 1 metra.

Od 2021 r. firma zatrudniała około 140 pracowników i pozyskała ponad 150 milionów dolarów z globalnego konsorcjum inwestorów. Firma zgodziła się zbudować elektrownię demonstracyjną w Oxfordshire , w Culham , centrum badań i rozwoju nuklearnego w Wielkiej Brytanii. Planowano, że elektrownia będzie miała 70% wielkości komercyjnego reaktora i zostanie ukończona do 2025 r. Finansowanie rządu Wielkiej Brytanii zostało uznane za „bardzo znaczące”, a całkowity koszt elektrowni wynosi około 400 mln USD. Firma twierdziła, że ​​zwalidowała wszystkie poszczególne komponenty reaktora demonstracyjnego.

Współpraca badawcza

  • Microsoft : W maju 2017 r. General Fusion i Microsoft ogłosiły współpracę w celu opracowania platformy do nauki danych opartej na systemie przetwarzania w chmurze Azure firmy Microsoft. Druga faza projektu polegała na zastosowaniu uczenia maszynowego do danych w celu odkrycia wglądu w zachowanie plazmy wysokotemperaturowej. Nowy program obliczeniowy umożliwiłby General Fusion wydobycie ponad 100 terabajtów danych z zapisów ponad 150 000 eksperymentów. Celem było wykorzystanie tych danych do optymalizacji konstrukcji wtryskiwacza plazmowego, układu tłoków i komory paliwowej ich systemu syntezy jądrowej. Podczas tej współpracy zespół Microsoft Develop Experience Team miał wnieść swoje doświadczenie i zasoby w zakresie uczenia maszynowego, zarządzania danymi i przetwarzania w chmurze.
  • Laboratorium Narodowe Los Alamos : General Fusion zawarł umowę o współpracy badawczo-rozwojowej (CRADA) z Laboratorium Narodowym Los Alamos Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych w celu badań nad syntezą tarcz magnetycznych.
  • McGill University : W 2017 r. McGill University i General Fusion uzyskały grant Engage Grant od Kanadyjskiej Rady Nauk Przyrodniczych i Inżynierii na badanie technologii General Fusion. W szczególności projekt polegał na wykorzystaniu zdolności diagnostycznych McGilla do opracowania technik pozwalających zrozumieć zachowanie ciekłej metalowej ściany podczas kompresji plazmy i jej wpływ na plazmę.
  • Princeton Plasma Physics Laboratory : W 2016 roku obaj stworzyli symulację kompresji MHD podczas eksperymentów MTF
  • Queen Mary University of London : W 2015 r. General Fusion sfinansował badania naukowe nad symulacjami wysokiej wierności nieliniowej propagacji dźwięku w ośrodkach wielofazowych reaktora syntezy jądrowej, realizowanych przy użyciu kodów QMUL CLithium i Y.
  • Hatch Ltd : General Fusion i Hatch Ltd. dołączyły w 2015 roku, aby stworzyć system demonstracyjny energii syntezy jądrowej. Celem projektu było skonstruowanie i zademonstrowanie w skali elektrowni podstawowych podsystemów i fizyki leżących u podstaw technologii General Fusion, w tym ich zastrzeżonej technologii Magnetized Target Fusion (MTF). Modele symulacyjne zostaną wykorzystane do sprawdzenia, czy ten system energii termojądrowej jest opłacalny komercyjnie i technicznie na dużą skalę.
  • Culham Center for Fusion Energy : W czerwcu 2021 r. General Fusion ogłosiło, że zaakceptuje ofertę rządu Wielkiej Brytanii dotyczącą zorganizowania w Culham pierwszej na świecie znaczącej demonstracyjnej elektrowni termojądrowej opartej na partnerstwie publiczno-prywatnym . Elektrownia będzie budowana w latach 2022-2025 i ma być pionierem dla komercyjnych zakładów pilotażowych pod koniec 2025 roku. Elektrownia będzie pracowała w 70% pełnej skali i oczekuje się, że przy użyciu paliwa deuterowego osiągnie stabilną plazmę o temperaturze 150 milionów stopni.

Finansowanie

Od 2021 r. General Fusion otrzymał 300 milionów dolarów dofinansowania.

Finansowanie instytucjonalne

Inwestorzy zawarte Chrysalix venture capital The Bank Rozwoju Biznesu Kanady -a kanadyjski federalny Korony korporacji , Bezos Expeditions , Cenovus Energy , Pender Ventures, Khazanah nasional -a Malezji suwerenne fundusz bogactwo i Zrównoważonego Rozwoju Technologii Kanada (STDC).

Chrysalix Energy Venture Capital, firma venture capital z Vancouver, przeprowadziła w 2007 r. rundę finansowania zalążkowego o wartości 1,2 miliona dolarów kanadyjskich. Inne kanadyjskie firmy venture capital, które brały udział w rundzie zalążkowej, to GrowthWorks Capital i BDC Venture Capital .

W 2009 roku konsorcjum kierowane przez General Fusion otrzymało 13,9 miliona dolarów od SDTC na przeprowadzenie czteroletniego projektu badawczego dotyczącego „Akustycznie napędzanej magnetyzowanej fuzji docelowej”; SDTC to fundacja założona przez rząd kanadyjski. Drugim członkiem konsorcjum jest Narodowe Laboratorium Los Alamos .

Runda 2011 Series B pozyskała 19,5 miliona dolarów z konsorcjum obejmującego Bezos Expeditions, Braemar Energy Ventures, Business Development Bank of Canada, Cenovus Energy, Chrysalix Venture Capital, Entrepreneurs Fund i Pender Ventures.

W maju 2015 r. rząd malezyjskiego suwerennego funduszu majątkowego Khazanah Nasional Berhad prowadził rundę finansowania o wartości 27 milionów dolarów.

SDTC przyznało General Fusion kolejne 12,75 mln CAD w marcu 2016 r. na projekt „Demonstracja technologii energii syntezy jądrowej” w konsorcjum z McGill University (Shock Wave Physics Group) i Hatch Ltd .

W październiku 2018 r. kanadyjski minister ds. innowacji, nauki i rozwoju gospodarczego Navdeep Bains ogłosił, że kanadyjski rządowy fundusz innowacji strategicznych zainwestuje 49,3 miliona dolarów w General Fusion.

W grudniu 2019 roku, General Fusion podniesiony $ 65 milionów finansowania kapitałowego serii E z Singapur „s Temasek Holdings , Bezos i Chrisalix, równocześnie z innym $ 38 mln Kanady strategicznym Funduszu Innowacji . Firma poinformowała, że ​​fundusze pozwolą jej rozpocząć projektowanie, budowę i eksploatację zakładu demonstracyjnego syntezy jądrowej.

W styczniu 2021 roku firma ogłosiła finansowanie przez założyciela Shopify, Tobiasa Lütke ’s Thistledown Capital.

Innowacje z crowdsourcingu

Od 2015 roku firma przeprowadziła trzy wyzwania crowdsourcingowe za pośrednictwem firmy Innocentive z siedzibą w Waltham w stanie Massachusetts .

Pierwszym wyzwaniem była metoda uszczelniania kowadeł w przypadku powtarzających się uderzeń w stopiony metal. Firma General Fusion z powodzeniem pozyskała rozwiązanie dla „technologii solidnych uszczelnień”, zdolnej wytrzymać ekstremalne temperatury i powtarzające się uderzenia młotkiem, aby odizolować bijaki od ciekłego metalu, który wypełnia kulę. Firma przyznała Kirby'emu Meachamowi, wyszkolonemu w MIT inżynierowi mechanikowi z Cleveland w stanie Ohio, nagrodę w wysokości 20 000 dolarów.

Drugie wyzwanie, oparte na danych przewidywanie wydajności plazmy, rozpoczęło się w grudniu 2015 r. w celu zidentyfikowania wzorców w danych eksperymentalnych firmy, które pozwoliłyby jej na dalszą poprawę wydajności plazmy.

Trzecie wyzwanie odbyło się w marcu 2016 r., poszukując metody indukowania znacznego prądu w celu przeskoczenia odstępu 5–10 cm w ciągu kilkuset mikrosekund i nosiło tytuł „Szybkie przełączanie prądu w urządzeniu plazmowym”. Nagroda w wysokości 5000 dolarów została przyznana badaczowi z tytułem doktora w Notre Dame .

Zobacz też

Bibliografia

Odczyty

Zewnętrzne linki