General Fusion es una empresa canadiense con sede en Burnaby , Columbia Británica , que está desarrollando un dispositivo de energía de fusión basado en la fusión de objetivos magnetizados (MTF). En 2018, estaba desarrollando un prototipo que estaría completo en 2022. [1]
Tipo | Empresa de capital privado |
---|---|
Industria | El poder de la fusion |
Fundado | 2002 |
Fundador | Michel Laberge |
Sede | , |
Gente clave |
|
Número de empleados | 140 |
Sitio web | www |
El dispositivo en desarrollo inyecta el objetivo magnetizado, una masa de plasma en forma de un toroide compacto , en un cilindro de metal líquido giratorio. El objetivo se comprime mecánicamente a densidades y presiones relevantes para la fusión, desde una docena hasta cientos (en varios diseños) de pistones accionados por vapor. [2] [3] [4]
En 2018, la firma publicó artículos sobre un tokamak esférico , en lugar de un toroide . No está claro si esto representa un cambio de diseño importante. [5]
Historia
La empresa fue fundada en 2002 por el ex físico e ingeniero principal de Creo Products , Michel Laberge . [6] Obtuvo un doctorado. en física de la Universidad de Columbia Británica en 1990, y completó una investigación en la École Polytechnique y el Consejo Nacional de Investigación de Canadá. Antes de fundar General Fusion, Laberge fue físico senior e ingeniero principal en Creo Products durante nueve años. [7]
A partir de 2016, la empresa había desarrollado los subsistemas de la planta de energía, incluidos los inyectores de plasma y la tecnología de controladores de compresión. [8] Se otorgaron patentes en 2006 para el diseño de un reactor de energía de fusión, [9] y tecnologías habilitadoras como los aceleradores de plasma (2015), [10] métodos para crear vórtices de metal líquido (2016) [11] y evaporadores de litio (2016). . [12]
En 2016, el diseño GF utilizó plasmas toroidales compactos formados por una pistola Marshal coaxial (un tipo de cañón de riel de plasma ), con campos magnéticos soportados por corrientes de plasma internas y corrientes parásitas en la pared del conservador de flujo. [13] En 2016, la empresa informó tiempos de vida del plasma de hasta 2 milisegundos y temperaturas de los electrones superiores a 400 eV (4.800.000 grados C). [14]
Desde sus inicios hasta 2016, la firma fabricó más de una docena de inyectores de plasma. [15] Estos incluyen grandes inyectores de dos etapas con secciones de formación y aceleración magnética (denominados experimentos "PI"), y tres generaciones de inyectores más pequeños de una sola etapa de formación solamente (MRT, PROSPECTOR y SPECTOR). [14] La empresa publicó una investigación que demuestra una vida útil de SPECTOR de hasta 2 milisegundos y temperaturas superiores a 400 eV. [14] A diciembre de 2017[actualizar], el inyector de plasma PI3 ostentaba el título de inyector de plasma más potente del mundo, diez veces más potente que su predecesor. [dieciséis]
En 2021, la empresa tenía aproximadamente 140 empleados [17] y había recaudado más de C $ 150 millones en fondos de un sindicato global de inversores. [18] [19]
En 2021, la compañía acordó construir una planta de demostración en Oxfordshire , en Culham , el centro de I + D nuclear del Reino Unido. Se planeó que la planta tuviera el 70% del tamaño de un reactor comercial. Se afirmó que la financiación del gobierno del Reino Unido era "muy significativa". [20]
Organización
El equipo de gestión está formado por Christofer M. Mowry, director ejecutivo (CEO), Greg Twinney, director financiero (CFO), Laberge, director científico (CSO) y Ryan Guerrero, director de tecnología (CTO). [7]
Mowry fue director ejecutivo y presidente de General Synfuels International. Antes de eso, fundó y dirigió Generation mPower , una empresa que vendía pequeños reactores modulares (SMR), una tecnología de energía nuclear. Se desempeñó como presidente de Babcock & Wilcox (B&W) Nuclear Energy y director de operaciones (COO) de WSI. [7]
Laberge tiene múltiples responsabilidades en General Fusion, incluida la creación de asociaciones con instituciones de investigación internacionales y la supervisión de asociaciones con gobiernos y otras empresas, y la estrategia de desarrollo tecnológico. Anteriormente, cofundó la empresa de tecnología de respuesta a la demanda residencial Energate, Inc. También trabajó como ingeniero de diseño en sistemas robóticos para la Estación Espacial Internacional (ISS). [7]
La junta directiva está presidida por Frederick W. Buckman Sr., ex director ejecutivo de Consumers Power . [21] Asesorar a la junta es un Comité Asesor Científico que incluye a Carol M. Browner , [22] el físico T. Kenneth Fowler , [23] y el astronauta Mark Kelly . [24]
Tecnología
El sistema de fusión objetivo magnetizado de General Fusion utiliza una esfera de ~ 3 metros llena con una mezcla de plomo líquido fundido y litio. El líquido se hace girar, creando una cavidad vertical en el centro de la esfera. Este flujo de vórtice se establece y mantiene mediante un sistema de bombeo externo; el líquido fluye hacia la esfera a través de puertos dirigidos tangencialmente en el ecuador y sale radialmente a través de puertos cerca de los polos de la esfera. [25]
Se adjunta un inyector de plasma a la parte superior de la esfera, desde el cual se inyecta un pulso de deuterio confinado magnéticamente : combustible de plasma de tritio en el centro del vórtice. Se utilizan unos pocos miligramos de gas por pulso. El gas es ionizado por un banco de condensadores para formar un plasma esférico ( anillos de plasma magnetizados autoconfinados ) compuesto por el combustible deuterio-tritio. [26] [27]
El exterior de la esfera está cubierto con pistones de vapor, que empujan el metal líquido y colapsan el vórtice, comprimiendo así el plasma. La compresión aumenta la densidad y la temperatura del plasma al rango donde el combustible se fusiona, liberando energía en forma de neutrones rápidos y partículas alfa . [27]
Esta energía calienta el metal líquido, que luego se bombea a través de un intercambiador de calor y se utiliza para generar electricidad a través de una turbina de vapor. El proceso de formación y compresión del plasma se repite y el metal líquido se bombea continuamente a través del sistema. Parte del vapor se recicla para accionar los pistones. [28] [25]
Además de su papel en la compresión del plasma, el revestimiento de metal líquido protege la estructura de la planta de energía de los neutrones liberados por la reacción de fusión deuterio-tritio, superando el problema del daño estructural a los materiales que se enfrentan al plasma . [29] [25] El uso de litio líquido en la mezcla genera tritio, mientras que el metal líquido extrae la energía a través de un intercambiador de calor. [25] [30]
Linus
El enfoque de General Fusion se basa en el concepto de Linus desarrollado por el Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos (NRL) a partir de 1972. [31] [32] [33] Los investigadores del NRL sugirieron un enfoque que conserva muchas de las ventajas de la compresión del revestimiento para lograr fusión pequeña, de alta densidad de energía, mientras se usa un metal líquido como revestimiento. [34]
En el concepto Linus, un revestimiento de litio líquido giratorio se implosiona mecánicamente, utilizando helio a alta presión como fuente de energía. El revestimiento actúa como un pistón cilíndrico para comprimir adiabáticamente un plasma confinado magnéticamente a temperatura de fusión y densidad relativamente alta (~ 10 17 iones.cm −3 ). [31] En la expansión posterior, la energía del plasma y la energía de fusión transportada por las partículas alfa atrapadas se recuperan directamente, lo que hace que el ciclo mecánico sea autosostenible. Por tanto, el reactor Linus puede considerarse como un motor de fusión, excepto que no hay salida de eje: toda la energía aparece como calor. [31]
El metal líquido actúa como un mecanismo de compresión y un mecanismo de transferencia de calor, lo que permite que la energía de la reacción de fusión se capture en forma de calor. [31] Los investigadores de Linus anticiparon que el revestimiento también podría usarse para generar combustible de tritio para la planta de energía y protegería la máquina de neutrones de alta energía. [31]
Según Laberge, Linus no pudo cronometrar adecuadamente la compresión utilizando la tecnología de la época. El uso de computadoras modernas puede proporcionar el tiempo requerido. [23] [33] Sin embargo, varios dispositivos Linus sin restricciones de tiempo, incluidos los sistemas que utilizan pistones individuales, se construyeron durante las ejecuciones experimentales durante la década de 1970 y demostraron carreras de compresión totalmente reversibles. [35]
Investigación y desarrollo
Inyectores de plasma
Los inyectores de plasma proporcionan el combustible, inyectando un plasma de deuterio-tritio en la cámara de compresión. [36]
En 2016, el diseño GF utilizó plasmas toroidales compactos formados por una pistola Marshal coaxial (un tipo de cañón de riel de plasma ), con campos magnéticos soportados por corrientes de plasma internas y corrientes parásitas en la pared del conservador de flujo. [13]
Desde sus inicios hasta 2016, la firma construyó y operó más de una docena de inyectores de plasma. [15] Estos incluían grandes inyectores de dos etapas con secciones de formación y aceleración magnética (denominados experimentos "PI"), y tres generaciones de inyectores de formación única de una sola etapa más pequeños (MRT, PROSPECTOR y SPECTOR). [14] En 2016, la empresa publicó una investigación que demostraba una vida útil de SPECTOR de hasta 2 milisegundos y temperaturas superiores a 400 eV. [14] A diciembre de 2017[actualizar], el inyector de plasma PI3 ostentaba el título de inyector de plasma más potente del mundo, diez veces más potente que su predecesor. [dieciséis]
Tecnología de controlador de compresión
Alrededor de 2013, inicialmente se utilizaron pistones neumáticos para crear una onda esférica convergente para comprimir el plasma. Cada sistema consta de un pistón de martillo de 100 kg y 30 cm de diámetro impulsado por aire comprimido por un orificio de 1 m de largo. [37] [27] El pistón del martillo golpeó un yunque en el extremo del orificio, generando un pulso acústico de gran amplitud que se transmitió al metal líquido en la cámara de compresión. [37] Para crear una onda esférica, la sincronización de estos golpes tuvo que controlarse dentro de los 10 µs. La empresa registró secuencias de disparos consecutivos con velocidades de impacto de 50 m / sy tiempos sincronizados en 2 µs. [37]
En 2013 se construyó un prototipo de sistema de compresión de prueba de concepto con 14 pistones de tamaño completo alrededor de una cámara de compresión esférica de 1 metro de diámetro para demostrar la compresión neumática y el colapso de un vórtice de metal líquido. [38] [37]
Sistemas de metal líquido
El prototipo de sistema de compresión de prueba de concepto incorporó tecnología para formar un vórtice de metal líquido como se requeriría en una planta de energía MTF. Aproximadamente en 2017, este consistía en un depósito de plomo líquido de 15 toneladas, bombeado a 100 kg / s para formar un vórtice dentro de una cámara de compresión esférica de 1 metro de diámetro. [38] [37]
Colaboraciones de investigación
- Microsoft : en mayo de 2017, General Fusion y Microsoft anunciaron una colaboración para desarrollar una plataforma de ciencia de datos basada en el sistema de computación en la nube Azure de Microsoft. Una segunda fase del proyecto fue aplicar el aprendizaje automático a los datos, con el objetivo de descubrir información sobre el comportamiento de los plasmas de alta temperatura. El nuevo programa computacional permitiría a General Fusion extraer más de 100 terabytes de datos de los registros de más de 150.000 experimentos. Debía utilizar estos datos para optimizar los diseños del inyector de plasma, la matriz de pistones y la cámara de combustible de su sistema de fusión. Durante esta colaboración, el equipo de desarrollo de experiencias de Microsoft debía contribuir con su experiencia y recursos en aprendizaje automático, administración de datos y computación en la nube. [39]
- Laboratorio Nacional de Los Alamos : General Fusion firmó un acuerdo de investigación y desarrollo cooperativo (CRADA) con el Laboratorio Nacional de Los Alamos del Departamento de Energía de los EE. UU. Para la investigación de fusión de objetivos magnetizados. [40]
- Universidad McGill : La Universidad McGill y General Fusion adquirieron una Beca Engage del Consejo de Investigación de Ciencias Naturales e Ingeniería de Canadá para estudiar la tecnología de General Fusion. Específicamente, el proyecto consistía en utilizar las capacidades de diagnóstico de McGill para desarrollar técnicas para comprender el comportamiento de la pared de metal líquido durante la compresión del plasma y cómo podría afectar al plasma. [41]
- Laboratorio de Física del Plasma de Princeton : simulación MHD de compresión durante experimentos MTF [42]
- Queen Mary University of London : General Fusion financió un estudio de investigación sobre simulaciones de alta fidelidad de la propagación de sonido no lineal en medios multifásicos de reactores de fusión nuclear realizados utilizando códigos QMUL CLithium e Y. [43]
- Hatch Ltd : General Fusion y Hatch Ltd. se unieron en 2015 para crear un sistema de demostración de energía de fusión. El proyecto tenía como objetivo construir y demostrar, a escala de planta de energía, los subsistemas primarios y la física que sustentan la tecnología de General Fusion, incluida su tecnología patentada Magnetized Target Fusion (MTF). Se utilizarán modelos de simulación para verificar que este sistema de energía de fusión sea comercial y técnicamente viable a escala. [8]
Fondos
A fines de 2016, General Fusion había recibido $ 192 millones en fondos. [44]
Financiamiento institucional
Los inversores incluyeron el capital de riesgo Chrysalix , el Business Development Bank of Canada, una corporación de la Corona federal canadiense , Bezos Expeditions , Cenovus Energy , Pender Ventures, Khazanah Nasional, un fondo soberano de Malasia , y Sustainable Development Technology Canada (STDC). [45]
Chrysalix Energy Venture Capital, una empresa de capital riesgo con sede en Vancouver, encabezó una ronda de financiación inicial de 1,2 millones de dólares canadienses en 2007. [3] [46] [47] Otras empresas canadienses de capital riesgo que participaron en la ronda inicial fueron GrowthWorks Capital y BDC Capital de riesgo .
En 2009, un consorcio liderado por General Fusion recibió C $ 13,9 millones de SDTC para llevar a cabo un proyecto de investigación de cuatro años sobre "Fusión de objetivos magnetizados impulsada acústicamente"; [48] SDTC es una fundación establecida por el gobierno canadiense. [49] El otro miembro del consorcio es el Laboratorio Nacional de Los Alamos . [48]
Una ronda de la Serie B de 2011 recaudó $ 19.5 millones de un sindicato que incluye Bezos Expeditions, Braemar Energy Ventures, Business Development Bank of Canada, Cenovus Energy, Chrysalix Venture Capital, Entrepreneurs Fund y Pender Ventures. [50] [51]
En mayo de 2015, el fondo soberano del gobierno de Malasia, Khazanah Nasional Berhad , encabezó una ronda de financiación de 27 millones de dólares. [52]
SDTC otorgó general Fusión una más C $ 12.75 millones en marzo de 2016 para el proyecto "Demostración de la tecnología de la energía de fusión" en un consorcio con la Universidad McGill (ondas de choque Grupo de Física) y Hatch . [8]
En octubre de 2018, el ministro canadiense de Innovación, Ciencia y Desarrollo Económico, Navdeep Bains , anunció que el Fondo de Innovación Estratégica del gobierno canadiense invertiría C $ 49,3 millones en General Fusion. [19]
En diciembre de 2019, General de Fusión recaudó $ 65 millones en financiación de capital de la serie E de Singapur ‘s Temasek Holdings , Bezos y Chrisalix, al mismo tiempo que otros $ 38 millones de dólares de Canadá Fondo de Innovación Estratégica . La firma dijo que los fondos le permitirían comenzar el diseño, construcción y operación de su planta de demostración de fusión. [53] [54]
En enero de 2021, la compañía anunció la financiación de Thistledown Capital, fundador de Shopify, Tobias Lütke . [44]
Innovaciones colaborativas
A partir de 2015, la firma llevó a cabo tres desafíos de crowdsourcing a través de la firma Innocentive con sede en Waltham , Massachusetts . [55]
El primer desafío fue el método para sellar el yunque bajo impactos repetitivos contra metal fundido. [55] General Fusion obtuvo con éxito una solución para la "tecnología de sellado robusto" capaz de soportar temperaturas extremas y martilleos repetitivos, a fin de aislar los arietes del metal líquido que llena la esfera. La firma otorgó a Kirby Meacham, un ingeniero mecánico capacitado en el MIT de Cleveland, Ohio, el premio de $ 20,000. [56]
Un segundo desafío, la predicción basada en datos del rendimiento del plasma, comenzó en diciembre de 2015 con el objetivo de identificar patrones en los datos experimentales de la empresa que le permitirían mejorar aún más el rendimiento de su plasma. [57]
El tercer desafío se realizó en marzo de 2016, buscando un método para inducir una corriente sustancial para saltar un espacio de 5 a 10 cm en unos pocos cientos de microsegundos, y se tituló "Interruptor de corriente rápida en dispositivo de plasma". [58] Se otorgó un premio de $ 5,000 a un investigador postdoctoral en Notre Dame . [59]
Ver también
- China Reactor de prueba de ingeniería de fusión
- Central eléctrica de demostración (DEMO)
- Asociación de la industria de la fusión
- Historia de la fusión nuclear
- ITER
- Reactor de fusión compacto Lockheed Martin
- Tokamak esférico para la producción de energía
- Tecnologías TAE
- TerraPower
- Energía Tokamak
Referencias
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enlaces externos
- Página web oficial