Firmy termojądrowe budujące mini reaktory termojądrowe (fuzyjne).

Streszczenie.
Zbliża się wielki przełom w dziedzinie energetyki termojądrowej, rozpoczęła się nowa rewolucja przemysłowa.
Energia czysta, tania, bezpieczna i w nieograniczonej ilości zacznie odmieniać świat już w następnej dekadzie.
Nadchodzi trwałe rozwiązanie światowego kryzysu energetycznego i poprawa klimatu Ziemi.
Wiele prywatnych firm bierze udział w wyścigu, aby podłączyć elektrownię termojądrową do sieci elektrycznej.
Słowa kluczowe.
Energetyka termojądrowa, mini reaktor fuzyjny.
Wstęp.
Drugi Święty Graal fizyki i niespełnione od kilkudziesięciu już lat marzenie ludzkości to energia termojądrowa (fuzja jądrowa), która będzie prawdziwie skutecznym i trwałym rozwiązaniem światowego kryzysu energetycznego i doprowadzi do poprawy klimatu Ziemi.
Zbliża się wielki przełom w dziedzinie energetyki termojądrowej, rozpoczęła się nowa rewolucja przemysłowa.
Energia czysta, tania, bezpieczna i w nieograniczonej ilości zacznie odmieniać świat już w tej dekadzie.
W ciągu ostatnich dwóch dekad kapitał podwyższonego ryzyka zaangażował miliardy $ w badania nad energią termojądrową (mini reaktory fuzyjne), a wiele prywatnych firm bierze udział w wyścigu, aby podłączyć elektrownię termojądrową do sieci elektrycznej.

Paliwo termojądrowe dzieli się na trzy ”generacje”:
1 generacja: d+t i d+d
d + t ! n + 4He + 17.6 MeV oraz d + d ! n +3 He + 3.65 MeV i d + d ! p + t 3.65 MeV
2 generacja: d+3He
d +3 He ! p + 4He + 18.4 MeV
3 generacja:
p + 5 B 11 = 3 α + 8,7 MeV i 3He +3 He ! 2 • p + 4He + 12.9 MeV

Najbardziej perspektywiczną techniką termojądrową jest aneutroniczna laserowa fuzja wodorowo-borowa,
ale wymaga ona o wiele wyższej temperatury (3 mld stopni Kelwina). .
p + 5 B 11 = 3 α + 8,7 MeV– to równanie zmieni naszą cywilizację.
Co najmniej 55 prywatnych zespołów i firm opracowuje mini reaktory termojądrowe.
W roku 2019 fundusze VC (venture capital) zainwestowały 10 mld prywatnych $ w mini energetykę termojądrową.
Trzej główni gracze w dziedzinie fuzji to: Tri Alpha Energy Technologies, Helion Energy i General Fusion oraz największy koncern zbrojeniowy świata Lockheed Martin (produkujący w Polsce helikoptery).
Lockheed Martin zapowiada pierwszy komercyjny reaktor fuzyjny już za 5 lat.
Prywatne finansowanie energetyki termojądrowej jest kluczem do rozwiązania problemów energetycznych i klimatycznych tego stulecia.
Wszelkie prognozy mówią, że mini reaktory fuzyjne będą wytwarzać energię elektryczną w cenie 0,2-2 centów za kWh, czyli kilka razy taniej niż z obecnych elektrowni jądrowych.
Koszt budowy laserowego reaktora wodorowo-borowego powinien być 2 razy mniejszy niż reaktora rozszczepieniowego typu SMR.
Firmy termojądrowe zajmujące się projektowaniem i budową mini reaktorów termojądrowych oraz większość fizyków jądrowych (MIT-CFS, prof. Heinrich Hora z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii, Michael Laberge) prognozują dostarczanie komercyjnych mini reaktorów termojądrowych za 5-10 lat.
Fuzja H-11B jest aneutronowa – nie wymaga działania neutronów ani ich wytwarzania.
Fuzja ta nie uwalnia żadnych neutronów w swojej podstawowej reakcji – innymi słowy, nie jest radioaktywna. Produktem „odpadowym” jest hel, również nieradioaktywny.
Dramatyczne postępy w mocy laserów umożliwią wytwarzanie energii w oparciu o reakcje wodorowo-borowe.
W odróżnieniu od innych metod generowania energii, nie są potrzebne turbiny parowe i generatory prądu — fuzja wodorowo-borowa uwalnia energię prawie bezpośrednio w postaci elektryczności.
Produkcja energii z fuzji wodorowo-borowej ma być 4-krotnie tańsza od energii z węgla i bez emisji dwutlenku węgla.
W 2015 r. japońscy naukowcy (laser LFEX 2) obliczyli, że 30 PW pikosekundowe impulsy laserowe o energii 30kJ napromieniowujące cylinder z paliwem o długości centymetra i promieniu milimetra mogą wytworzyć ponad 280 kWh energii elektrycznej (o wartości około 28 $). Koszty wyniosą około 18 $ za strzał związany z wymianą paliwa. Przy jednej reakcji na sekundę wytworzona energia elektryczna przyniesie dochód netto w wysokości ponad 300 mln $ rocznie.
Prof. Heinrich Hora z University of New South Wales w Sydney udowadnia, że reakcja 12 mg paliwa boru może wytworzyć 277 kWh energii elektrycznej.
Potrzeba 100 mln $ na kompletny projekt reaktora. Są to śmiesznie małe nakłady finansowe w porównaniu do wydatkowanych na dotychczasowe poszukiwania tego świętego Graal’a fizyki.
Prof. Heinrich Hora przewidział w latach 70-tych, że fuzja wodoru i boru może być możliwa bez potrzeby równowagi termicznej. Zamiast podgrzewać paliwo do temperatury 100 mln stopni za pomocą masywnych magnesów, fuzję wodorowo-borową osiąga się za pomocą dwóch silnych laserów.
Seria ostatnich eksperymentów na całym świecie wskazuje, że reakcja „lawinowa” może być wywołana w pikosekundzie pod wpływem impulsu laserowego o mocy rzędu petawatów.
Prof. Heinrich Hora, uzbrojony w opatentowany projekt i współpracujący z międzynarodowymi fizykami twierdzi, że droga do fuzji wodorowo-borowej jest bliższa realizacji niż inne podejścia.
Wraz z 10 kolegami z sześciu krajów – w tym z izraelskiego Centrum Badań Jądrowych Soreq i Uniwersytetu Kalifornijskiego — Hora opisuje plan działania na rzecz fuzji wodorowo-borowej w oparciu o jego projekt.
Dlaczego nastąpiło w ostatnich latach przyspieszenie w opracowaniu mini
reaktorów fuzyjnych ?
Dzięki opracowaniu przez zespół z Massachusetts Institute of Technology (MIT) magnesów nadprzewodzących nowego typu, nastąpi 8-krotne zmniejszenie rozmiarów i masy reaktora.
Bardziej perspektywiczna jest technika laserowa, która od 40-tu lat kroczy po krzywej wykładniczej, ponieważ zwiększa moc laserów 10-krotnie co 3 lata.
Laser o mocy 30 PW z 30kJ energii powinien wyzwolić fuzję paliwa wodorowo-borowego.
Największe prywatne firmy termojądrowe.
1. Tri Alpha Energy Technologies.
7010 Rancho Santa Margarita, CA 92688.
Firma została założona w 1998 roku, w ciągu ostatnich 20 lat ewoluowała w zaawansowanym podejściu opartym na konfiguracji z odwróceniem pola (FRC).
Jest to największa prywatna firma termojądrowa, zebrała już 1 mld $ (Goldman Sachs, Vulcan, Venrock, Wellcome Trust, Ray Rothrock , Google) i jest wyceniana na 3 mld $.
Reaktor TAE Technologies tworzy plazmowe pierścienie blisko każdego końca i wystrzeliwuje je w kierunku środka z prędkością 250 kilometrów na sekundę.
Firma TAE Technologies spodziewa się, że temperatura plazmy w jej reaktorze osiągnie około 3 mld stopni Kelwina.
Reaktor Norman kosztował 100 mln $, został ujawniony w maju 2017 r.
Pierwszą plazmę osiągnięto w czerwcu 2017 r.
Po ponad 100 000 eksperymentach, firma TAE Technologies dokonała przełomu w stabilizacji plazmy, osiągając komponent Long Enough w roku 2015.
Opatentowana technika FRC, napędzana wiązką magnetyczną wstrzykuje wysoko-energetyczne atomy wodoru do plazmy, aby system był bardziej stabilny.
To rozwiązanie jest kompaktowe i energooszczędne, co da praktyczną komercyjną elektrownię, która będzie ekonomicznie konkurencyjna w stosunku do innych technik energetycznych. .
Następny reaktor Copernicus (koszt 200 mln $) będzie pracował na mieszance deuter-tryt DT (komercyjna energia za 5 lat), a następnie na mieszance wodorowo-borowej PB (komercyjna energia za 11 lat).
Oprogramowanie Google pomaga ustawić pole magnetyczne w reaktorze, by rozgrzana plazma nie uszkodziła jego ścian. Gdybyśmy nie mieli do dyspozycji superkomputera IBM i programów Google, projektowanie reaktora trwałoby o kilka lat dłużej – mówi Michl Binderbauer, prezes TAE Technologies. I zapowiada, że w ciągu dwóch lat prototyp Copernicus zacznie produkować energię.
TAE Technologies będzie licencjonować technikę fuzji D-T, D-He3 i H-11B. .
Na początku 2019 roku uzyskano temperaturę plazmy 50 mln stopni.
TAE Technologies wykonuje 60 zdjęć dziennie i otrzymuje 10 gigabajtów danych na jedno ujęcie,
a superkomputer przetwarza te dane w 3-4 sekundy.
TAE Technologies ma ponad 800 patentów.

* Instalacja elektrowni gazowej kosztuje 2000 $ za kW.
* Reaktor jądrowy w USA kosztuje 9000 $ za kW
* Reaktor Copernicus TAE Technologies będzie kosztować 4300 $ za kW.
2. LPPFusion.
128 Lincoln Blvd. Middlesex, NJ 08846-1022
Stworzona w 1994 roku z funduszy NASA, z siedzibą w NJ.
Finansowanie wynosi 1,2 mln $ od Fundacji Abella i indywidualnych inwestorów.
1 mld $ inwestycji od Wefunder, reaktor wodorowo-borowy Focus Fusion o mocy 5 MW, który nie będzie wymagał turbiny parowej i generatora prądu, ma kosztować około 300 000 $ i wytwarzać energię elektryczną w cenie 0,5 centa za kWh, 10 razy mniej niż z najtańszych obecnie elektrowni.

3. Helion Energy.
Siedziba w Redmond.
Ma 12 mln $ z firm inwestycyjnych Peter Thiel, Mithril Capital Management, Capricorn Investment Group.
Helion Energy otrzymał 7 mln $ z NASA, Departamentu Energii USA i Departamentu Obrony i 1,5 mln $ z sektora prywatnego w sierpniu 2014 r.
Celem firmy jest uruchomienie termojądrowej elektrowni komercyjnej w ciągu 6 lat.
Helion Energy buduje reaktor termojądrowy oparty na magnesach.
4. Commonwealth Fusion Systems.
Założony przez MIT w roku 2017, z siedzibą w Massachusetts,
Finansowanie: 50 mln $ od ENI (globalny koncern energetyczny).
CFS chce wykorzystać nową generację półprzewodników, dzięki którym konstrukcja reaktora będzie prostsza i tańsza. Bazując na pracach uczonych z Massachusetts Institute of Technology, firma ma zbudować prototypowy reaktor SPARC za jedyne 50 mln dolarów.
CFS używa nadprzewodników wysokotemperaturowych, aby utrzymać ciągłe reakcje, które w przeciwnym razie stopiłyby konwencjonalne materiały stałe. Naukowcy z obu instytutów tych uczelni i firm zamierzają opracować nowe magnesy nadprzewodzące z wykorzystaniem taśmy stalowej pokrytej unikatowym związkiem zawierającym tlenek itru-baru-miedzi.
Nowe nadprzewodzące elektromagnesy zostaną opracowane w ciągu 3-ch lat przez naukowców z MIT i CFS, a potem zostanie zaprojektowany i zbudowany mini reaktor fuzyjny SPARC.
Następnie będzie zaprojektowana komercyjna elektrownia termojądrowa o mocy 200 MW i takie elektrownie będą oferowane na rynku w ciągu 15 lat, mówi Whyte, Greenwald i Hartwig z MIT i CFS.
5. Tokamak Energy.
Założony w 2009 roku w Wielkiej Brytanii.
Finansowanie: 13 mln $ w jednej rundzie z funduszy venture.
Tokamak Energy potrafi już wyprodukować plazmę o temperaturze 15 mln st. C.
Do 2025 r. ma uruchomić instalację zdolną do produkcji energii elektrycznej, a pięć lat później – pierwszą komercyjną elektrownię.
6. Lockheed Martin.
Największy koncern zbrojeniowy świata.
Skunk Works Lockheed’a Martin’a rozpoczął budowę mini reaktora fuzyjnego (CFR) w roku 2010.
Patent złożony przez Lockheeda Martina został zatwierdzony dla mini reaktora fuzyjnego (CFR), który może być zainstalowany nie tylko na pokładzie lotniskowca do zasilania swoich systemów, ale także na pokładzie myśliwca.
W 2014 r. Lockheed Martin (znany m.in. z myśliwców F-16) ogłosił, że prowadzi prace nad mini reaktorem fuzyjnym do napędzania lotniskowców.
Prototyp reaktora Lockheed Martin ma zostać uruchomiony w przyszłym roku.
Po ukończeniu kilku cykli projektowania i budowania testów, zespół przewiduje, że będzie w stanie
wyprodukować komercyjny reaktor w ciągu za 5 lat.
7. General Fusion.
Założony w 2002 roku, z siedzibą w Kanadzie.
50 naukowców, finansowanie: 90 mln$.
General Fusion ma otrzymać wsparcie finansowe w wysokości 100 mln $ kanadyjskich inwestorów wysokiego ryzyka, założyciela Amazona Jeffa Bezosa i rządu kanadyjskiego, w dążeniu do pełnej komercjalizacji energii termojądrowej.
General Fusion nawiązał współpracę z Laboratorium Fizyki Plazmy na University of Saskatchewan, aby skoncentrować się na fuzji jądrowej:
Podejście General Fusion to fuzja magnetyczna celu (MTF). Namagnesowana fuzja docelowa jest hybrydą między fuzją magnetyczną a inercyjną fuzją zamknięcia. W MTF kompaktowy toroid lub namagnesowana plazma w kształcie pączka jest kompresowana mechanicznie przez implodującą powłokę przewodzącą, ogrzewającą plazmę do warunków fuzji.
General Fusion twierdzi, że komercyjna fuzja jądrowa może zadebiutować na rynku już za 10 lat.

8. HB11 Energy.
UNSW Sydney.
Firma utworzona we wrześniu 2017 r
Australijska spółka typu spin-off HB11 Energy posiada patenty na proces fuzyjny prof. Heinrich’a Hora’y.
Rozwija technikę energii fuzji H-11B z wykorzystaniem dwóch laserów z reakcją lawinową.
Polega ona na reakcji między wodorem H i izotopem boru 11 (H-11B).
W przeciwieństwie do technik fuzji deuteru i trytu, reakcja H-11B ma potencjał do bezpośredniego wytwarzania energii elektrycznej bez potrzeby stosowania turbiny parowej i generatora prądu do wytwarzania energii elektrycznej. Pozwoli to na budowę elektrowni przy stosunkowo niewielkich nakładach kapitałowych.

mgr inż. Bogdan Kasierski
55-003 Wojnowice, ul. Jemiołowa 74
bkasierski@gmail.com
tel. 505 222 219
Wojnowice, 10.02.2020