Обзор термоядерных стартапов мира, часть I
Думаю, очень полезным будет сделать обзор стартапов работающих в области термоядерной энергии. Почему стартапов, а не университетских научных команд, скажем? Стартап - это форма организации проекта с четко поставленной практической целью, и такая форма позволяет максимально жестко и четко тестировать разнообразные идеи практикой. В то время, как задача науки в целом - это добыча знаний без какой-то особой сортировки на “полезные” и “бесполезные” (бесполезные когда-то знания о том, что ток в проводе вызывает появление магнитного поля определяют нашу жизнь сегодня).
Спасибо за помощь в создании статьи Андрею Гаврилову.
Я попробую не только перечислить стартапы, но и оценить их “продвинутость” на этой магистральной дороге - от идеи о работающих термоядерных электростанций, построенных на базе этой идеи. Кроме того, я дам краткую характеристику по отношению экспертного сообщества к той или иной концепции термоядерного реактора. Для того, чтобы оценивать технологическую зрелость, предлагаю ставить баллы от 1 до 7 в соответствии с такой табличкой
Ну давайте начнем с чего-то хорошо известного
1. Организация: ITER. Технический уровень: 6.1. Год старта проекта: 1992
Ключевые люди Dr. Bernard Bigot, Dr. Robert Aymar, академик Евгений Велихов, Dr. Gunter Janeschitz, Dr. Osamu Motojima , Dr. Won Namkung, :
Сайт: https://www.iter.org/
Описание концепции: Классический токамак - тороидальная камера для магнитного удержания термоядерной плазмы. На этой концепции достигнуто максимальное Q (отношение мощности нагрева к термоядерной мощности), намного обгоняющее остальные идеи. ITER является наиболее продвинутым термоядерным реактором, позволяющим получать устойчивую горящую термоядерную плазму. Однако проект не является на самом деле стартапом, направленным на практическую пользу, что не позволяет его сравнивать с другими участниками этого списка.
Экспертная позиция: Токамаки показали себя как наиболее успешная идея термоядерного реактора, однако она имеет фундаментальные ограничения, практически не позволяющие работать с другой, кроме DT термоядерной реакцией, а также на сегодня видны большие инженерные сложности по созданию промышленных энергетических реакторов на базе этой концепции (плотность мощности на диверторе, срывы, устойчивость конструкции под нейтронным излучением и т.п.)
2. Организация: Tri Alpha Energy. Технический уровень: 4.0. Год старта проекта: 1998.
Ключевые люди: Dr. Michael Binderbauer, Сергей Путвинский, Norman Rostoker, Сайт: https://tae.com/
Описание концепции: Beam driven FRC - удержание плазменного вихря, называемого FRC с помощью инжектируемых тангенциально пучков нейтралов. Пучки нейтралов также обеспечивают часть синтеза. Концепция отличается очень удачной физикой, что теоретически позволяет освоить не только DT и DD реакции, но и pB11. В свою очередь pB11 означает практически полное (по сравнению с DT) отсутствие радиоактивных отходов, широко распространенное дешевое топливо, инженерную простоту реактора. Еще одним плюсом является меньшая по сравнению с токамаками мощность, при которой “сходится” реактор. К минусом можно отнести гораздо меньшую изученность и возможные подводные камни. (моя статья по проекту)
Экспертная позиция: Идея Нормана Ростокера из середины 90х была проверена командой TAE в 2000х и оказалась работающей. В частности, время удержание FRC было поднято с сотен микросекунд до десятков миллисекунд, нащупан скейлинг. В настоящее время TAE набрало ~500 млн инвестиций, обладает командой, включающей в себя многих “звезд” управляемого термоядерного синтеза.
Скейлинги TAE показывают очень серьезный прогресс и возможность достижения обозначенных целей.
3. Организация: Hellion Energy. Технический уровень: 2.5. Год старта проекта: 2005.
Ключевые люди: Dr. John Slough, Chris Pihl, Dr. George VotroubekI Сайт: www.helionenergy.com/
Описание концепции: Идея опять Нормана Ростокера - два FRC вихря разгоняются магнитной системой, сталкиваются, переводя кинетическую энергию в нагрев, и сжимаются (другой) магнитной системой до термоядерных параметров. Импульсный реактор.
Экспертная позиция: Считается, энергетический реактор на этой концепции построить весьма сложно как с точки зрения физики, так и с точки зрения инженерии. Однако основатели Hellion Energy полны оптимизма, и в последнее время перешли от проработок элементов плазменной машины к созданию реактора, который должен проверить масштабируемость идеи. Одна из темных лошадок рынка.
https://tnenergy.livejournal.com/47784.html?thread=1517992#t1517992
4. Организация: General Fusion. Технический уровень: 2.1. Год старта проекта: 2002
Ключевые люди: Dr. Michel Laberge, Michael Delage Ссылка на сайт: http://generalfusion.com/
Описание концепции: Идея, в чем-то схожая с предыдущей - адиабатическое сжатие двух столкнувшихся FRC. Однако здесь сжимающей средой выступает гигантская капля жидкого металла, в которой паровыми молотами(!) возбуждается сходящаяся сферическая волна. (моя статья по проекту)
Экспертная позиция: Данная концепция имеет длинную историю развития технологии “имплозии металлическими лейнерами замагниченных плазменных мишеней”, и ноги у нее растут из проекта LINUS 1972 года. Идея неплохая на бумаге, но мало исследованная экспериментально. Это видно и по General Fusion - стартап уже ~10 лет очень неплохо финансируется (собрал больше 130 млн долларов), и должен был по планам достичь технического уровня ~3 еще 4 года назад. Однако практически каждый элемент машины вызывает затруднения и цепочку НИОКР, проблемы множатся, а будущее становится более туманным. В настоящее время достижение технического уровня 3 планируется в 2021 году.
5. Организация: Compact Fusion Reactor (Lockheed Martin). Технический уровень: 2.1. Год старта проекта: 2010
Ключевые люди: Dr. Tom McGuire, Mr. Charles Chase Сайт: https://lockheedmartin.com/us/products/compact-fusion.html
Описание концепции: Открытая ловушка с внутриплазменными диполями. Позволяет, как и все открытые ловушки достичь высокой доли использования давления магнитного поля (в отличии от токамаков), а значит доступны реакции DD, DHe3.
Экспертная позиция: На самом деле, этот тип магнитных ловушек концептуально уходит еще в 60е годы, и плотно исследовался теоретически и экспериментально. Но похоже, команда CFR истории не знает, поэтому набивает многие шишки самостоятельно. Интересно, что изначальные планы создать реактор “который помещается в грузовик” уже отброшены, и размеры минимального реактора подросли до 7х22 метра. Если дальше экстраполировать опыт работы с этой концепцией на команду CFR, то скоро они должны узнать, что размещать сверхпроводящие катушки прямо внутри идущей термоядерной реакции мягко говоря “не инженерно” и из лаборатории этой концепции скорее всего не удасться выбраться и в этот раз.
6. Организация: Tokamak Energy. Технический уровень: 3.2. Год старта проекта: 2009
Ключевые люди: Jonathan Carling, David Kingham, Michael Graznevitch Сайт: https://www.tokamakenergy.co.uk/
Описание концепции: Сферический токамак - геометрический “округленный” обычный токамак, физика в котором благоприятствует более простому получению термоядерной реакции. Является довольно хорошо разработанной концепцией - в мире работает 22 исследовательских сферических токамака, на крупнейшем из которых получены условия Q~0.1 (моя статья по проекту)
Экспертная позиция: Сферический токамак обещает зажигание при более простых условиях и меньшем размере, и на первый взгляд из него гораздо проще и дешевле сделать промышленный реактор. Однако сжатая геометрия означает инженерный кошмар и более напряженные условия работы конструкции, в частности в центральной колонне, что может означать простой и быстрый прогресс до технического уровня 5 и полный тупик далее.
7. Организация: Applied Fusion Systems. Технический уровень: 2.2. Год старта проекта: 2015
Ключевые люди: Richard Dinan, Dr. James Lambert Сайт: http://appliedfusionsystems.com/
Описание концепции: Тоже сферический токамак.
Экспертная позиция: Недавно появившийся стартап с неясными перспективами и пока не показавший никакого железа. Один из создателей - ТВ-звезда.
8. Организация: EMCC. Технический уровень: 2.1. Год старта проекта: 1987
Ключевые люди: Dr. Jaeyoung Park, Dr. Paul Sieck, Dr. Robert W. Bussard Сайт: http://www.emc2fusion.org/
Описание концепции: Электростатитческое удержание типа Polywell - в центре камеры создается и удерживается магнитным полем облако электронов, к которому притягиваются ионы дейтерия, разгоняются и сталкиваются друг с другом с термоядерной реакцией. Идейно это фузор с виртуальным катодом.
Экспертная позиция: Существуют сильнейшие сомнения, что подобная конструкция работоспособна в смысле положительного энерговыхода, однако она привлекательна среди любителей простотой реализации, и “улучшайзинг” поливелов похож обычно на метод научного тыка. Фирма EMCC много десятилетий сосала деньги из американского ВМФ на подобную деятельность, показав нулевой прогресс.
9. Организация: Convergent Scientific Inc Технический уровень: 1.5 Год старта проекта: 1987 Ключевые люди: Mr. Devlin Baker, Dr. Joel Rogers, Dr. Matt Moynihan Ссылка на сайт: http://convsci.com/login
Описание концепции: Тоже polywell, как и предыдущий стартап.
Экспертная позиция: На данный момент фирма, похоже умерла, хотя официально об этом не заявлено.
10. Организация: Fusion One Технический уровень: 1.5 Год старта проекта: 2015
Ключевые люди: Mr. Randal Volberg, Dr. Scott Cornish Сайт: https://www.fusionone.co/
Описание концепции: Тоже polywell, как и предыдущий стартап.
Экспертная позиция: Стартап с максимально сомнительными перспективами - как по выбранной концепции, так и по компетенциям основателей. Зато есть картинки “гигаваттный polywell размером 5.5х5.5х5.5 метра” (т.е. плотность снимаемой термоядерной энергии предлагается 16,1 МВт/м^2 - в несколько раз круче ИТЭР).
Продолжение здесь.
Взято: tnenergy.livejournal.com