Общий Fusion - General Fusion

General Fusion
Тип Частная компания
Промышленность Fusion Power
Основан 2002 ; 19 лет назад ( 2002 )
Основатель Мишель Лаберж
Штаб-квартира
Бернаби , Британская Колумбия
,
Канада
Действующие лица
Количество работников
 140
Веб-сайт www .generalfusion .com

General Fusion - канадская компания, базирующаяся в Бернаби , Британская Колумбия , которая разрабатывает термоядерное устройство, основанное на термоядерном синтезе с намагниченной мишенью (MTF). По состоянию на 2018 год он разрабатывал прототип, который должен быть завершен к 2022 году.

Разрабатываемое устройство вводит намагниченную мишень, плазменную массу в виде компактного тороида , в цилиндр из вращающегося жидкого металла. Мишень механически сжимается до плотностей и давлений, необходимых для термоядерного синтеза, с помощью от дюжины до сотен (в различных конструкциях) поршней с паровым приводом.

В 2018 году фирма опубликовала статьи о сферическом токамаке вместо тороида . Неясно, представляет ли это серьезное изменение дизайна. В июне 2021 года компания объявила, что построит 70% полномасштабной демонстрационной установки термоядерного синтеза в Великобритании с 2022 по 2025 год в рамках государственно-частного партнерства с правительством Великобритании.

Организация

Управленческая команда состоит из Кристофера М. Моури, главного исполнительного директора (CEO), Грега Твинни, финансового директора (CFO), Мишеля Лаберже , главного научного директора (CSO), и Райана Герреро, главного технического директора (CTO).

Моури был генеральным директором и председателем General Synfuels International. До этого он основал и руководил компанией Generation mPower , которая продавала небольшие модульные реакторы (ММР), технологию ядерной энергетики. Он занимал пост президента Babcock & Wilcox (B&W) Nuclear Energy и главного операционного директора (COO) WSI.

Лаберже выполняет в General Fusion множество обязанностей, включая налаживание партнерских отношений с международными исследовательскими институтами, а также надзор за партнерскими отношениями с правительствами и другими компаниями, а также стратегию развития технологий. Раньше он был соучредителем компании Energate, Inc., занимающейся технологией реагирования на спрос в жилом секторе. Он также работал инженером-проектировщиком роботизированных систем для Международной космической станции (МКС).

Совет директоров возглавляет Фредерик В. Бакман-старший, бывший генеральный директор Consumers Power . Советом директоров является Научный консультативный комитет, в который входят Кэрол М. Браунер , физик Т. Кеннет Фаулер и астронавт Марк Келли .

Технология

Схема электростанции General Fusion

В системе термоядерного синтеза с намагниченной мишенью General Fusion используется сфера размером около 3 метров, заполненная смесью расплавленного жидкого свинца и лития. Жидкость вращается, образуя вертикальную полость в центре сферы. Этот вихревой поток создается и поддерживается внешней насосной системой; жидкость втекает в сферу через каналы, направленные по касательной на экваторе, и выходит радиально через отверстия около полюсов сферы.

Плазменный инжектор прикреплен к верхней части сферы, из которого импульс магнитно-замкнутом дейтерий - тритий плазмы топлива впрыскивается в центр вихря. На импульс используется несколько миллиграммов газа. Газ ионизируется батареей конденсаторов с образованием плазмы сферомака (самоограниченных намагниченных плазменных колец), состоящей из дейтерий-тритиевого топлива.

Снаружи сфера покрыта паровыми поршнями, которые толкают жидкий металл и разрушают вихрь, тем самым сжимая плазму. Сжатие увеличивает плотность и температуру плазмы до уровня, в котором атомы топлива сливаются, высвобождая энергию в виде быстрых нейтронов и альфа-частиц .

Поршни для сжатия плазмы

Эта энергия нагревает жидкий металл, который затем прокачивается через теплообменник для выработки электроэнергии с помощью паровой турбины. Процесс плазменного формирования и сжатия повторяется, и жидкий металл непрерывно прокачивается через систему. Часть пара используется повторно, чтобы приводить в действие поршни.

Помимо своей роли в сжатии плазмы, жидкометаллический лайнер защищает структуру силовой установки от нейтронов, высвобождаемых в результате реакции синтеза дейтерия и трития, преодолевая проблему структурного повреждения материалов, обращенных к плазме . Литий в смеси порождает тритий.

Линус

Основная статья: Линус (эксперимент слияния)
Плазменный инжектор

Подход General Fusion основан на концепции Линуса, разработанной Лабораторией военно-морских исследований США (NRL) начиная с 1972 года. Исследователи из NRL предложили подход, который сохраняет многие преимущества сжатия лайнера для достижения малых размеров с высокой плотностью энергии. слияние.

Согласно концепции Линуса, вращающийся вкладыш из жидкого лития взрывается механически с использованием гелия под высоким давлением в качестве источника энергии. Вкладыш действует как цилиндрический поршень для адиабатического сжатия плазмы, удерживаемой магнитным полем, до температуры термоядерного синтеза и относительно высокой плотности (~ 10 17 ионов на см -3 ). При последующем расширении энергия плазмы и энергия синтеза, переносимая захваченными альфа-частицами, напрямую восстанавливаются, делая механический цикл самоподдерживающимся.

Жидкий металл действует как механизм сжатия и теплопередачи, позволяя улавливать энергию реакции плавления в виде тепла. Исследователи Линуса предполагали, что лайнер может также использоваться для разведения тритиевого топлива для электростанции и защитит машину от нейтронов высокой энергии.

По словам Лаберджа, Линус не мог правильно рассчитать время сжатия с использованием технологий той эпохи. Более быстрые компьютеры обеспечивают необходимое время. Однако различные устройства Линуса без временных ограничений, включая системы с одним поршнем, были созданы во время экспериментальных запусков в 1970-х годах и продемонстрировали полностью обратимые ходы сжатия.

История

Фирма была основана в 2002 году бывшим старшим физиком и главным инженером Creo Products Мишелем Лабержем . Он получил степень доктора философии. получил степень доктора физики в Университете Британской Колумбии в 1990 году, а также завершил исследования в Политехнической школе и Национальном исследовательском совете Канады. До основания General Fusion Лаберж девять лет работал старшим физиком и главным инженером в Creo Products.

В 2013 году была создана испытательная система сжатия прототипа с 14 полноразмерными поршнями вокруг сферической камеры сжатия диаметром 1 метр, чтобы продемонстрировать пневматическое сжатие и схлопывание жидкометаллического вихря.

Примерно в 2013 году пневматические поршни использовались для создания сходящейся сферической волны для сжатия плазмы. Каждая система состояла из ударного поршня весом 100 кг и диаметром 30 см, забиваемого сжатым воздухом по стволу длиной 1 м. Поршень ударника ударялся о наковальню на конце канала ствола, создавая акустический импульс большой амплитуды, который передавался жидкому металлу в камере сжатия. Чтобы создать сферическую волну, время этих ударов нужно было контролировать с точностью до 10 мкс. Фирма записала последовательность последовательных выстрелов со скоростью удара 50 м / с и синхронизацией по времени в пределах 2 мкс.

С момента основания до 2016 года компания построила более десятка плазменных инжекторов. К ним относятся большие двухступенчатые инжекторы с секциями пластового и магнитного ускорения (получившие название экспериментов «PI») и три поколения меньших одноступенчатых инжекторов только для пласта (MRT, PROSPECTOR и SPECTOR). Фирма опубликовала исследование, демонстрирующее продолжительность жизни SPECTOR до 2 миллисекунд и температуру выше 400 эВ.

По состоянию на 2016 год компания разработала подсистемы электростанции, включая плазменные инжекторы и технологию компрессионного драйвера. В 2006 г. были присуждены патенты на конструкцию термоядерного реактора и такие технологии, как плазменные ускорители (2015 г.), методы создания жидкометаллических вихрей (2016 г.) и испарители лития (2016 г.).

В 2016 году в конструкции GF использовалась компактная тороидная плазма, образованная коаксиальной пушкой Маршала (разновидность плазменного рельсотрона ), с магнитными полями, поддерживаемыми внутренними плазменными токами и вихревыми токами в стенке стабилизатора потока. В 2016 году компания сообщила, что время жизни плазмы составляет до 2 миллисекунд, а температура электронов превышает 400 эВ (4800000 градусов Цельсия).

По состоянию на декабрь 2017 года плазменный инжектор PI3 считался самым мощным плазменным инжектором в мире, в десять раз более мощным, чем его предшественник. В устройстве использовался 15-тонный резервуар для жидкого свинца, перекачиваемый со скоростью 100 кг / с для образования вихря внутри сферической камеры сжатия диаметром 1 метр.

По состоянию на 2021 год в компании работало около 140 сотрудников, и она привлекла финансирование на сумму более 150 млн канадских долларов от глобального синдиката инвесторов. Компания согласилась построить демонстрационный завод в Оксфордшире , в Калхэме , центре ядерных исследований и разработок Великобритании. Планировалось, что завод будет составлять 70% от размера коммерческого реактора и будет завершен к 2025 году. Финансирование правительства Великобритании было заявлено как «очень значимое», а общая стоимость завода составляет около 400 миллионов долларов. Компания заявила, что проверила все отдельные компоненты демонстрационного реактора.

Сотрудничество в исследованиях

  • Microsoft : в мае 2017 года General Fusion и Microsoft объявили о сотрудничестве для разработки платформы обработки данных на основе системы облачных вычислений Microsoft Azure. Вторая фаза проекта заключалась в применении машинного обучения к данным с целью открытия понимания поведения высокотемпературной плазмы. Новая вычислительная программа позволит General Fusion извлекать более 100 терабайт данных из записей более 150 000 экспериментов. Он должен был использовать эти данные для оптимизации конструкции плазменного инжектора, поршневой группы и топливной камеры их термоядерной системы. В ходе этого сотрудничества группа разработчиков Microsoft Develop Experience должна была поделиться своим опытом и ресурсами в области машинного обучения, управления данными и облачных вычислений.
  • Лос-Аламосская национальная лаборатория : General Fusion заключила соглашение о совместных исследованиях и разработках (CRADA) с Лос-Аламосской национальной лабораторией Министерства энергетики США для исследований термоядерного синтеза с намагниченной мишенью.
  • Университет Макгилла : в 2017 году Университет Макгилла и General Fusion получили грант Engage Grant от Совета по естественным наукам и инженерным исследованиям Канады для изучения технологии General Fusion. В частности, проект заключался в использовании диагностических способностей Макгилла для разработки методов, позволяющих понять поведение стенки жидкого металла во время сжатия плазмы и то, как это может повлиять на плазму.
  • Принстонская лаборатория физики плазмы : в 2016 году они создали МГД- моделирование сжатия во время экспериментов MTF.
  • Лондонский университет королевы Марии : в 2015 году компания General Fusion профинансировала исследование высокоточного моделирования нелинейного распространения звука в многофазных средах ядерного термоядерного реактора с использованием кодов QMUL CLithium и Y.
  • Hatch Ltd : General Fusion и Hatch Ltd. объединились в 2015 году для создания демонстрационной системы термоядерной энергии. Целью проекта было построить и продемонстрировать в масштабе электростанции основные подсистемы и физику, лежащие в основе технологии General Fusion, включая их патентованную технологию Magnetized Target Fusion (MTF). Имитационные модели будут использоваться для проверки коммерческой и технической жизнеспособности этой термоядерной энергетической системы в масштабе.
  • Центр термоядерной энергии в Калхэме : в июне 2021 года General Fusion объявила, что примет предложение правительства Великобритании разместить в Калхэме первую в мире крупную демонстрационную установку термоядерного синтеза в рамках государственно-частного партнерства . Станция будет построена с 2022 по 2025 годы и должна стать проложением пути к коммерческим пилотным установкам в конце 2025-х годов. Установка будет работать на 70% от полной мощности и, как ожидается, достигнет стабильной плазмы 150 миллионов градусов с использованием дейтериевого топлива.

Финансирование

По состоянию на 2021 год General Fusion получила финансирование в размере 300 миллионов долларов.

Институциональное финансирование

Среди инвесторов были венчурный капитал Chrysalix , Банк развития бизнеса Канады - канадская федеральная корпорация Crown , Bezos Expeditions , Cenovus Energy , Pender Ventures, Khazanah Nasional - малайзийский суверенный фонд благосостояния и Sustainable Development Technology Canada (STDC).

Chrysalix Energy Venture Capital, венчурная компания из Ванкувера, возглавила начальный раунд финансирования в размере 1,2 млн канадских долларов в 2007 году. Другими канадскими венчурными компаниями, которые участвовали в посевном раунде, были GrowthWorks Capital и BDC Venture Capital .

В 2009 году консорциум, возглавляемый General Fusion, получил от SDTC 13,9 млн канадских долларов для проведения четырехлетнего исследовательского проекта «Акустически управляемый синтез с магнитной мишенью»; SDTC - это фонд, учрежденный правительством Канады. Другой член консорциума - Лос-Аламосская национальная лаборатория .

Раунд серии B 2011 года привлек 19,5 млн долларов от синдиката, включающего Bezos Expeditions, Braemar Energy Ventures, Канадский банк развития бизнеса, Cenovus Energy, Chrysalix Venture Capital, Entrepreneurs Fund и Pender Ventures.

В мае 2015 года правительство фонда национального благосостояния Малайзии Khazanah Nasional Berhad провело раунд финансирования в размере 27 миллионов долларов.

SDTC наградил генерального Fusion еще C $ 12,75 млн марта 2016 года , чтобы для проекта «Демонстрация термоядерной энергии технологии» в консорциуме с McGill University (Shock Wave Physics Group) и Hatch Ltd .

В октябре 2018 года министр инноваций, науки и экономического развития Канады Навдип Бейнс объявил, что Фонд стратегических инноваций правительства Канады инвестирует 49,3 млн канадских долларов в General Fusion.

В декабре 2019 года, General Fusion поднял 65000000 $ в долевом финансировании серии E от Singapore «s Temasek Holdings , Безос и Chrisalix, одновременно с еще $ 38 млн Канады инновационного фонда стратегического . Фирма заявила, что средства позволят ей начать проектирование, строительство и эксплуатацию своего демонстрационного завода Fusion.

В январе 2021 года компания объявила о финансировании Thistledown Capital основателя Shopify Тобиаса Лютке .

Краудсорсинговые инновации

Начиная с 2015 года, компания провела три краудсорсинговых испытания через фирму Innocentive в Уолтхэме , штат Массачусетс .

Первой проблемой был метод герметизации наковальни при повторяющихся ударах расплавленного металла. General Fusion успешно нашла решение для «надежной технологии уплотнения», способное выдерживать экстремальные температуры и повторяющиеся удары молотком, чтобы изолировать плашки от жидкого металла, заполняющего сферу. Фирма наградила Кирби Мичема, инженера-механика из Массачусетского технологического института из Кливленда, штат Огайо, премией в 20 000 долларов.

Вторая задача, прогнозирование производительности плазмы на основе данных, началась в декабре 2015 года с целью выявления закономерностей в экспериментальных данных компании, которые позволили бы ей еще больше улучшить производительность своей плазмы.

Третья задача была проведена в марте 2016 года и была нацелена на поиск метода индуцирования значительного тока для перехода через зазор 5–10 см в течение нескольких сотен микросекунд и была названа «Быстрое переключение тока в плазменном устройстве». Премия в размере 5000 долларов была присуждена исследователю, получившему докторскую степень в Нотр-Дам .

Смотрите также

использованная литература

Чтения

внешние ссылки