stringtranslate.com

Гелион Энерджи

Helion Energy, Inc. — американская компания, занимающаяся исследованиями в области термоядерного синтеза, расположенная в Эверетте, штат Вашингтон . [2] Они разрабатывают технологию магнитоинерциального термоядерного синтеза для производства гелия-3 и термоядерной энергии посредством нейтронного синтеза , [3] [4] которая могла бы производить недорогую чистую электроэнергию с использованием топлива, которое можно получить исключительно из воды. [5]

История

Компания была основана в 2013 году Дэвидом Киртли, Джоном Слафом, Крисом Пилом и Джорджем Вотрубеком. [6] Команда менеджеров выиграла конкурс National Cleantech Open Energy Generation 2013 года и получила награды на конкурсе ARPA-E Future Energy Startup 2014 года, [7] была участником программы Y Combinator 2014 года , [8] и получила контракт ARPA-E ALPHA 2015 года «Поэтапное магнитное сжатие мишеней FRC до условий термоядерного синтеза». [9]

В 2022 году компания вошла в число пяти финалистов премии GeekWire Awards 2022 за инновации года, в частности в категории стартапов в области термоядерной энергетики. [10]

В 2023 году компания вошла в пятерку финалистов конкурса лучших работодателей года по версии GeekWire 2023. [11]

10 мая 2023 года компания Helion Energy объявила, что Microsoft станет первым клиентом Helion Energy, а Helion Energy будет поставлять Microsoft термоядерную электроэнергию с 2028 года. [12]

Технологии

Эта система предназначена для работы на частоте 1 Гц, инжектируя плазму, сжимая ее до условий термоядерного синтеза, расширяя ее и восстанавливая энергию для производства электроэнергии. [13] Используемая система импульсного термоядерного синтеза теоретически способна работать 24/7 для производства электроэнергии. Благодаря своим компактным размерам, системы могут заменить текущую инфраструктуру ископаемого топлива без необходимости крупных инвестиций. [14]

Топливо

Гелион использует комбинацию дейтерия и3He в качестве топлива. Дейтерий и 3He позволяют в основном безнейтронный синтез , высвобождая только 5% своей энергии в виде быстрых нейтронов . Коммерческий 3He редок и дорог. Вместо этого He производит 3He в побочных реакциях дейтрон-дейтрон (DD) к реакциям дейтерий- 3He . DD-синтез имеет равные шансы произвести атом 3He и произвести атом трития плюс протон. Бета-тритий распадается на большее количество 3He с периодом полураспада 12,32 года. Helion планирует улавливать 3He , произведенный таким образом, и повторно использовать его в качестве топлива. Helion имеет патент на этот процесс. [15]

Заключение

Этот подход к слиянию использует магнитное поле плазмоида с обращенной конфигурацией поля (FRC) (работающего с твердотельной электроникой, полученной из электроники переключения мощности в ветряных турбинах ) для предотвращения потерь энергии плазмы. FRC — это намагниченная плазменная конфигурация, известная своими замкнутыми линиями поля, высокой бетой и отсутствием внутренних проникновений. [7]

Сжатие

Два плазмоида FRC разгоняются до скоростей, превышающих 300 км/с, с помощью импульсных магнитных полей, которые затем сливаются в один плазмоид под высоким давлением. [7] Опубликованные планы нацелены на сжатие термоядерной плазмы до 12 тесла (Тл). [16]

Генерация энергии

Энергия улавливается путем прямого преобразования энергии , которое использует расширение плазмы для индукции тока в магнитных катушках сжатия и ускорения. Отдельно он преобразует высокоэнергетические продукты синтеза, такие как альфа-частицы , непосредственно в напряжение. 3He , полученный в результате DD-синтеза, несет 0,82 МэВ энергии. Побочные продукты трития несут 1,01 МэВ, в то время как протон производит 3,02 МэВ.

Такой подход устраняет необходимость в паровых турбинах, градирнях и связанных с ними потерях энергии. По данным компании, этот процесс также позволяет восстанавливать значительную часть входной энергии с эффективностью кругового цикла более 95% [7] [17] [18]

История развития

Fusion Engine компании основан на экспериментах с индуктивным плазмоидным ускорителем (IPA) [19] [20], проведенных с 2005 по 2012 год. В этих экспериментах использовался синтез дейтерия-дейтерия, который производил нейтроны с энергией 2,45 МэВ в половине реакций. Эксперименты с IPA заявляли о скоростях 300 км/с, производстве нейтронов дейтерия и температуре ионов дейтерия 2 кэВ. [20] Helion и MSNW опубликовали статьи, описывающие реализацию дейтерия-трития , которая является самой простой в достижении, но генерирует нейтроны с энергией 14 МэВ. Команда Helion опубликовала рецензируемое исследование, демонстрирующее производство нейтронов DD в 2011 году. [20]

4-й прототип, «Гранд»

В 2014 году, согласно временной шкале на веб-сайте компании, Grande, 4-й прототип термоядерного синтеза Helion, был разработан для тестирования работы с высоким полем. Grande достигает сжатия магнитного поля в 4 тесла, формирует FRC в масштабе см и достигает температуры плазмы в 5 кэВ. Grande превосходит любую другую частную термоядерную компанию. [17]

В 2015 году Helion продемонстрировала первое прямое восстановление магнитной энергии из маломасштабной импульсной магнитной системы, используя современные высоковольтные биполярные транзисторы с изолированным затвором для восстановления энергии с эффективностью более 95% в обоих направлениях для более чем 1 миллиона импульсов. В меньшей системе команда продемонстрировала формирование более 1 миллиарда FRC. [17]

5-й прототип, «Венти»

В 2018 году пятый прототип, «Venti», имел магнитные поля 7 Тл и при высокой плотности температуру ионов 2 кэВ. [14] Helion подробно описал эксперименты по DD-синтезу, производящие нейтроны, в отчете за октябрь 2018 года на ежегодном совещании программы ALPHA Министерства энергетики США ARPA-E . [21] Эксперименты того года достигли плазмы с температурами в несколько кэВ [22] и тройным произведением 6,4 × 10 18 кэВ·с/м 3 . [23]

6-й прототип, «Трента»

В 2021 году фирма объявила, что после 16-месячного цикла испытаний с более чем 10 000 импульсов ее шестой прототип, Trenta, достиг 100 миллионов градусов по Цельсию — температуры, при которой будет работать коммерческий реактор. [14] Магнитные компрессионные поля превысили 10 Тл, ионная температура превысила 8 кэВ, а электронная температура превысила 1 кэВ. [24] [25] Компания также сообщила о плотности ионов до 3 × 1022 ионов/м3 и времени удержания до 0,5 мс. [26]

7-й прототип, «Поларис»

Седьмой прототип поколения Helion, Project Polaris, находится в разработке с 2021 года, а его завершение ожидается в 2024 году. [27] Ожидается, что устройство увеличит частоту импульсов с одного импульса каждые 10 минут до одного импульса в секунду на короткие периоды. [28] Ожидается, что этот прототип сможет нагревать термоядерную плазму до температур более 100 миллионов градусов по Цельсию. [29] Планируется, что Polaris будет на 25% больше Trenta, чтобы гарантировать, что ионы не повредят стенки сосуда. [27]

8-й прототип

По состоянию на январь 2022 года восьмая итерация находилась на стадии проектирования. [30]

Обзор

Финансирование

Helion Energy получила финансирование в размере 7 миллионов долларов от NASA , Министерства энергетики США и Министерства обороны [31] , а затем в августе 2014 года — 1,5 миллиона долларов от частного сектора через стартовые ускорители Y Combinator и Mithril Capital Management. [32]

В 2021 году компания была оценена в три миллиарда долларов. [33] По состоянию на конец 2021 года инвестиции составили 77,8 млн долларов. [34] В ноябре 2021 года Helion получила 500 миллионов долларов в рамках финансирования серии E, а также дополнительные 1,7 миллиарда долларов в виде обязательств, привязанных к определенным вехам. [35] Финансирование в основном осуществлялось под руководством Сэма Альтмана , генерального директора OpenAI , который также является исполнительным председателем Helion. [36] [37]

Критика

Вышедший на пенсию исследователь из Принстонской лаборатории физики плазмы Дэниел Джассби упомянул Helion Energy в письме, включенном в информационный бюллетень Американского физического общества Physics & Society (апрель 2019 г.), как один из стартапов в области термоядерного синтеза, якобы практикующих «вуду-синтез», а не законную науку. Он отметил, что компания является одной из нескольких, которые постоянно заявляли «о мощности в течение 5–10 лет, но почти все они, по-видимому, никогда не производили ни одной реакции термоядерного синтеза DD». [38] Однако Helion опубликовала рецензируемое исследование, демонстрирующее производство DD-нейтронов еще в 2011 году [20], и, согласно независимой группе экспертов JASON , VENTI, субмасштабный прототип Helion, разработанный частично для программы ALPHA, достиг начальных результатов 8 × 1022 ионов/м3 , времени удержания энергии 4 × 10−5 секунд и температуры 2 кэВ в 2018 году. [23] В 2020 году Helion стала первой частной компанией, которая успешно продемонстрировала термоядерную термоядерную плазму, превышающую 9 кэВ, с ожидаемыми реакциями DD-синтеза и нейтронами [39] и тройным произведением, превышающим 1 × 1020 кэВ·с/м3 , критерием Лоусона . [26]

В том же отчете MITRE /JASON 2018 года, подготовленном по заказу ARPA-E Министерства энергетики США , говорится, что руководители проекта Helion или литература заявили, что им необходимо магнитное поле в 40 Тесла для коммерческой жизнеспособности, что у их прототипа есть возможность создания поля в 8 Тесла, и что они прогнозируют достижение безубыточности в 2023 году. В отчете говорится, что основная проблема подхода Helion заключается в том, «смогут ли они одновременно достичь достаточно высокого сжатия, сохраняя при этом стабильность плазмы». [23] По состоянию на 2023 год их прототип имеет поле в 10 Тесла, и они прогнозируют достижение безубыточности в 2024 году. [40]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Брамфилд, Джефф (4 декабря 2023 г.). «Компании говорят, что приближаются к использованию ядерного синтеза в качестве источника энергии. Сработает ли это?». NPR. Архивировано из оригинала 20 апреля 2024 г.
  2. ^ Берган, Брэд (28 июля 2021 г.). «Helion Energy заявляет, что предложит первую в мире коммерческую термоядерную энергию». Интересная инженерия . Архивировано из оригинала 12 августа 2021 г. Получено 13 августа 2021 г.
  3. ^ "Helion". Helion . Архивировано из оригинала 23 июня 2021 г. . Получено 24 июня 2021 г. .
  4. ↑ Virgin, Bill (16 апреля 2018 г.). «Redmond's Helion Energy рассматривает ядерный синтез как следующую большую идею в производстве электроэнергии». Seattle Business Magazine . Архивировано из оригинала 16 января 2021 г. Получено 24 июня 2021 г.
  5. ^ "Стартап Fusion Energy Helion Energy закрыл последний раунд финансирования с оценкой в ​​$1,25 млрд". Helion . Архивировано из оригинала 26 мая 2022 г. . Получено 30 апреля 2022 г. .
  6. ^ "Helion Energy". Helion Energy . Архивировано из оригинала 28 мая 2019 г. Получено 30 сентября 2022 г.
  7. ^ abcd Ван, Брайан (18 августа 2015 г.). «Helion Energy Raised $10.9 Million». NextBigFuture . Архивировано из оригинала 22 июня 2021 г. . Получено 24 июня 2021 г. .
  8. ^ "Summer 2014 Companies (YC S14)". Y Combinator Universe . 21 июля 2010 г. Архивировано из оригинала 30 сентября 2022 г. Получено 30 сентября 2022 г.
  9. ^ "Сжатие мишеней FRC для термоядерного синтеза". arpa-e.energy.gov . Архивировано из оригинала 24 июня 2021 г. . Получено 24 июня 2021 г. .
  10. ↑ Бишоп, Тодд (31 марта 2022 г.). «Инновация года: 5 технологических прорывов, названных финалистами премии GeekWire Awards». GeekWire . Архивировано из оригинала 23 апреля 2022 г. . Получено 30 апреля 2022 г. .
  11. ^ Шлоссер, Курт (12 апреля 2023 г.). «GeekWire Awards: как эти пять финалистов конкурса «Рабочее место года» справляются с трудными временами». GeekWire . Архивировано из оригинала 13 мая 2023 г. . Получено 12 мая 2023 г. .
  12. ^ Calma, Justine (10 мая 2023 г.). «Microsoft только что сделала огромную, далеко не определённую ставку на ядерный синтез». The Verge . Архивировано из оригинала 11 мая 2023 г. . Получено 11 мая 2023 г. .
  13. ^ Свобода, Элизабет (21 июня 2011 г.). «Is Fusion Power Finally For Real?». Popular Mechanics . Архивировано из оригинала 31 декабря 2013 г. Получено 24 июня 2021 г.
  14. ^ abc Эмилио, Маурицио Ди Паоло (21 июля 2021 г.). "EETimes - Helion Energy достигла ключевого этапа в области термоядерной энергетики". EE Times . Архивировано из оригинала 29 октября 2022 г. . Получено 30 апреля 2022 г. .
  15. ^ EP 3103119, Слау, Джон Томас; Киртли, Дэвид Эдвин и Пиль, Кристофер Джеймс, «Усовершенствованный топливный цикл D- 3He для импульсного термоядерного реактора», опубликовано 24.03.2021, передано Helion Energy Inc. 
  16. ^ Ван, Брайан (2 октября 2018 г.). «Helion Energy получила финансирование для возможного безубыточного термоядерного устройства в этом году». NextBigFuture . Архивировано из оригинала 28 января 2019 г. . Получено 27 января 2019 г. .
  17. ^ abc "Сайт Helion: Кто мы". Сайт Helion . Helion Energy. Архивировано из оригинала 29 октября 2022 г. Получено 29 октября 2022 г.
  18. ^ US20110293056A1, Slough, John T., «Способ и устройство для генерации, нагрева и/или сжатия плазмоидов и/или получения из них энергии», опубликовано 2011-12-01 Архивировано 30 октября 2022 года на Wayback Machine 
  19. ^ Votroubek, G.; Slough, J.; Andreason, S.; Pihl, C. (июнь 2008 г.). «Формирование устойчивой конфигурации перевернутого поля посредством слияния». Journal of Fusion Energy . 27 (1–2): 123–127. doi :10.1007/s10894-007-9103-4. ISSN  0164-0313. S2CID  122861398.
  20. ^ abcd Слау, Джон; Вотрубек, Джордж; Пихл, Крис (1 мая 2011 г.). "Создание высокотемпературной плазмы посредством слияния и сжатия сверхзвуковых полей плазмоидов обратной конфигурации". Nuclear Fusion . 51 (5): 053008. Bibcode :2011NucFu..51e3008S. doi :10.1088/0029-5515/51/5/053008. ISSN  0029-5515. S2CID  120579314.
  21. ^ "Staged Magnetic Compression of FRC Targets" (PDF) . ARPA-E . Октябрь 2018 г. Архивировано (PDF) из оригинала 17 сентября 2021 г. . Получено 9 сентября 2020 г. .
  22. ^ Киртли, Дэвид; Милрой, Ричард; Вотрубек, Джордж; Слау, Джон; Макки, Эрик; Шимазу, Аки; Хайн, Эндрю; Барнс, Дэниел (5 ноября 2018 г.). «Обзор поэтапного магнитного сжатия мишеней FRC». Бюллетень Американского физического общества . 2018 : BM9.005. Bibcode : 2018APS..DPPBM9005K. Архивировано из оригинала 30 сентября 2022 г. Получено 30 сентября 2022 г.
  23. ^ abc Long, Gordon (1 ноября 2018 г.). "Перспективы разработки низкозатратного термоядерного синтеза" (PDF) . ARPA-E . Архивировано (PDF) из оригинала 30 июля 2021 г. . Получено 2 июля 2021 г. .
  24. ^ "Helion проходит 100 миллионов градусов по Цельсию". World Nuclear News . World Nuclear Association. 23 июня 2021 г. Архивировано из оригинала 25 июня 2021 г. Получено 25 июня 2021 г. .
  25. ^ Ван, Брайан (23 июня 2021 г.). «Стартап по ядерному синтезу Helion Energy превосходит 100 миллионов градусов по Цельсию». Следующее большое будущее . Архивировано из оригинала 25 июня 2021 г. . Получено 25 июня 2021 г. .
  26. ^ Результаты программы Trenta 2020, архивировано из оригинала 30 октября 2022 г. , извлечено 30 октября 2022 г.
  27. ^ ab "Новый способ достижения ядерного синтеза: Гелион". Youtube.com . Декабрь 2022 г. Архивировано из оригинала 13 января 2023 г. Получено 13 января 2023 г.
  28. ^ NRC (26 января 2021 г.). «Разработка нормативной базы для систем термоядерной энергетики» (PDF) . Комиссия по ядерному регулированию . Архивировано (PDF) из оригинала 23 июня 2021 г. . Получено 7 сентября 2021 г. .
  29. ^ «Почему OpenAI инвестировала в стартап в области ядерного синтеза?». Analytics India Magazine . 19 апреля 2022 г. Архивировано из оригинала 28 апреля 2022 г. Получено 30 апреля 2022 г.
  30. ^ Хелман, Кристофер (2 января 2022 г.). «Подпитываемый миллиардными долларами, ядерный синтез вступает в новую эру». Forbes . Архивировано из оригинала 8 января 2022 г. . Получено 8 января 2022 г. .
  31. ^ Halper, Mark (30 апреля 2013 г.). «Близость синтеза: проблемы материалов и охлаждающей жидкости, с которыми сталкивается одна термоядерная компания, зеркально отражают деление». Фонд Элвина Вайнберга . Архивировано из оригинала 10 сентября 2014 г. Получено 11 августа 2014 г.
  32. ^ Рассел, Кайл (14 августа 2014 г.). «Y Combinator и Mithril инвестируют в Helion, стартап в области ядерного синтеза». TechCrunch . Архивировано из оригинала 18 июня 2017 г. Получено 25 июня 2017 г.
  33. ^ «Поскольку интерес к термоядерной энергии растет, Helion получает 500 миллионов долларов от генерального директора OpenAI и соучредителя Facebook». Geekwire . 5 ноября 2021 г. Архивировано из оригинала 10 марта 2023 г. Получено 13 мая 2023 г.
  34. ^ "Helion Energy - Pitchbook Company Overview". Pitchbook . Архивировано из оригинала 21 июля 2021 г. . Получено 21 июля 2021 г. .
  35. ^ Конка, Джеймс (9 ноября 2021 г.). «Helion Energy Raises $500 Million On The Fusion Power Of Stars». Forbes . Архивировано из оригинала 19 декабря 2021 г. Получено 19 декабря 2021 г.
  36. ^ Кампс, Хадже Джан (5 ноября 2021 г.). «Helion получает $2,2 млрд на коммерциализацию термоядерной энергии». TechCrunch . Получено 30 апреля 2022 г.
  37. ^ Mui, Christine (22 января 2024 г.). «Кремниевая долина влюбилась в термоядерный синтез». Politico . Архивировано из оригинала 1 апреля 2024 г.
  38. ^ Jassby, Daniel L. (апрель 2019 г.). "Voodoo Fusion Energy". Американское физическое общество . Архивировано из оригинала 26 мая 2021 г. Получено 9 сентября 2020 г.
  39. ^ "Helion Energy Achieves Key Fusion Milestone". EE Times . 20 июля 2020 г. Архивировано из оригинала 4 января 2023 г. Получено 13 мая 2023 г.
  40. ^ "Helion FAQ". HelionEnergy.com . Получено 28 марта 2023 г. .

Внешние ссылки