Technologie TAE

TAE Technologies, Inc.
Dawniej	Tri Alpha Energy, Inc.
Typ	Prywatny
Przemysł	Magazynowanie energii z syntezy jądrowej
Założony	kwiecień 1998 ; 24 lata temu
Założyciele	Normana Rostokera; George'a Sealy'ego; Harry'ego Hamlina; Andrzej Konrad;
Siedziba	Foothill Ranch, Kalifornia , Stany Zjednoczone
Kluczowi ludzie	Normana Rostokera; Michl Binderbauer ( dyrektor generalny i prezes ) ; Toshiki Tajima ( CSO ) ; Jeff Immelt (członek zarządu) [ potrzebne źródło ] ;
Liczba pracowników	250
Spółki zależne	Zarządzanie energią TAE; Nauki o życiu TAE;
Strona internetowa	www.tae.com _ _

TAE Technologies , dawniej Tri Alpha Energy , to amerykańska firma z siedzibą w Foothill Ranch w Kalifornii, zajmująca się rozwojem aneutronicznej energii termojądrowej . Projekt firmy opiera się na zaawansowanej konfiguracji z odwróconym polem (FRC) napędzanej wiązką, która w wyjątkowy sposób łączy cechy fizyki akceleratorów i innych koncepcji syntezy jądrowej i jest zoptymalizowana pod kątem paliwa wodorowo-borowego, znanego również jako proton-bor i p -B11. Regularnie publikuje wyniki teoretyczne i eksperymentalne w czasopismach naukowych z setkami publikacji i plakatów na konferencjach naukowych oraz w bibliotece naukowej, która udostępnia te artykuły na swojej stronie internetowej. Firma TAE opracowała pięć generacji oryginalnych platform fuzyjnych, a szósta jest obecnie w fazie rozwoju. Jego celem jest wyprodukowanie prototypu komercyjnego reaktora termojądrowego do 2030 roku.

Organizacja

Firma powstała w 1998 roku i jest wspierana przez kapitał prywatny. TAE Technologies przez wiele lat działała jako firma stealth, wstrzymując się z uruchomieniem swojej strony internetowej do 2015 roku. Firma generalnie nie omawiała postępów ani żadnego harmonogramu produkcji komercyjnej. Jednak zarejestrowała i odnowiła różne patenty.

Od 2021 roku TAE Technologies zatrudniało podobno ponad 250 pracowników i zebrało ponad 880 milionów dolarów .

Finansowanie

Główne finansowanie pochodziło od Goldman Sachs i inwestorów venture capital , takich jak współzałożyciel Microsoft Paul Allen 's Vulcan Inc. , Rockefeller 's Venrock i Richard Kramlich's New Enterprise Associates . Rząd Rosji , poprzez spółkę akcyjną Rusnano , zainwestował w Tri Alpha Energy w październiku 2012 roku, a Anatolij Czubajs , dyrektor generalny Rusnano, został członkiem zarządu. Inni inwestorzy to Wellcome Trust oraz Urząd ds. Inwestycji Kuwejtu . Od lipca 2017 roku firma poinformowała, że zebrała ponad 500 milionów dolarów wsparcia. Od 2020 roku firma zebrała ponad 600 milionów dolarów, co oznacza wzrost do około 880 milionów dolarów w 2021 roku i 1,2 miliarda dolarów od 2022 roku.

Kierownictwo i Rada Dyrektorów

Technologia TAE została współzałożona przez fizyka Normana Rostokera jako efekt jego pracy na Uniwersytecie Kalifornijskim w Irvine . Steven Specker, były dyrektor generalny Electrical Power Research Institute (EPRI), pełnił funkcję dyrektora generalnego od października 2016 r. do lipca 2018 r. Michl Binderbauer , który uzyskał stopień doktora. w fizyce plazmy pod kierunkiem Rostokera w UCI, przeniósł się z CTO do CEO po przejściu Speckera na emeryturę. Specker pozostaje doradcą. Dodatkowi członkowie zarządu to Jeff Immelt , były dyrektor generalny General Electric , John J. Mack , były dyrektor generalny Morgan Stanley, oraz Ernest Moniz , były sekretarz ds. energii w Departamencie Energii Stanów Zjednoczonych , który dołączył do rady dyrektorów firmy w maju 2017 r.

Współpracownicy

Od 2014 roku TAE Technologies współpracuje z Google nad opracowaniem procesu analizy danych zebranych na temat zachowania plazmy w reaktorach termojądrowych. W 2017 r., korzystając z uczenia maszynowego opracowanego w ramach partnerstwa i opartego na „algorytmie optometrysty”, firma TAE była w stanie znaleźć znaczną poprawę w ograniczaniu i stabilności plazmy w porównaniu z poprzednią maszyną C-2U. Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Scientific Reports .

W listopadzie 2017 roku firma została przyjęta do programu Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych ds. Innowacyjnych i Nowatorskich Wpływów Obliczeniowych na Teorię i Eksperymenty, który umożliwił firmie dostęp do superkomputera Cray XC40 .

W 2021 roku firma TAE Technologies ogłosiła wspólny projekt badawczy z japońskim Instytutem Nauk o Fuzji (NIFS) w celu zaangażowania się w trzyletnie badania nad skutkami reakcji paliwa wodorowo-borowego w NIFS Large Helical Device (LHD).

Spółki zależne

Nauki o życiu TAE

W marcu 2018 roku TAE Technologies ogłosiło, że zebrało 40 milionów dolarów na wydzielenie spółki zależnej zajmującej się udoskonalaniem terapii wychwytu neutronów boru (BNCT) w leczeniu raka. Spółka zależna nosi nazwę TAE Life Sciences i otrzymała finansowanie kierowane przez ARTIS Ventures. Firma TAE Life Sciences ogłosiła również, że nawiąże współpracę z firmą Neuboron Medtech, która jako pierwsza zainstaluje firmowy system wiązek. Firma ma wspólnych członków zarządu z TAE Technologies i jest kierowana przez Bruce'a Bauera.

Rozwiązania energetyczne TAE

We wrześniu 2021 roku firma TAE Technologies ogłosiła utworzenie nowego działu Power Solutions w celu komercjalizacji systemów zarządzania energią opracowanych w reaktorze C-2W / Norman dla pojazdów elektrycznych , infrastruktury ładowania i rynków magazynowania energii . Firma ogłosiła również powołanie doświadczonego przemysłowca Davida Robertsa na stanowisko dyrektora generalnego nowego oddziału.

Projekt

Podstawowa teoria

FRC to pętla plazmy. Gdy prąd się porusza, tworzy pole, które samo zawiera plazmę. W praktyce wygląda to bardziej jak kształt hot doga.

W głównych podejściach do syntezy jądrowej energia potrzebna do umożliwienia reakcji, bariera Coulomba , jest dostarczana przez podgrzanie paliwa fuzyjnego do milionów stopni. W takim paliwie elektrony dysocjują ze swoich jonów , tworząc gazopodobną mieszaninę znaną jako plazma . W dowolnej mieszaninie gazopodobnej cząstki będą miały różne energie, zgodnie z rozkładem Maxwella – Boltzmanna . W tych systemach fuzja zachodzi, gdy dwie cząstki o wyższej energii w mieszance losowo zderzają się. Utrzymanie paliwa razem wystarczająco długo, aby to nastąpiło, jest dużym wyzwaniem.

Maszyny TAE obracają plazmę w zapętloną strukturę zwaną konfiguracją odwróconego pola (FRC), która jest pętlą gorącej, gęstej plazmy. Materiał wewnątrz FRC jest niezależny od pól tworzonych przez plazmę. Gdy prąd plazmy porusza się wokół pętli, tworzy pole magnetyczne, które jest prostopadłe do kierunku ruchu; podobnie jak prąd w przewodzie. To samodzielnie utworzone pole pomaga utrzymać prąd plazmy i utrzymuje stabilną pętlę.

Wyzwanie związane z konfiguracjami z odwróconymi polami polega na tym, że z czasem spowalniają, chwieją się i ostatecznie zapadają. Innowacją firmy było ciągłe nakładanie wiązek cząstek wzdłuż powierzchni FRC, aby utrzymać ją w ruchu. Ten system belek i obręczy był kluczem do zwiększenia trwałości, stabilności i wydajności tych maszyn.

Projekt TAE

Konstrukcja TAE tworzy konfigurację odwróconego pola (FRC), samostabilizujący się obracający się toroid cząstek podobny do pierścienia dymu . W systemie TAE pierścień jest tak cienki, jak to tylko możliwe, i ma mniej więcej taki sam współczynnik kształtu jak otwarta puszka . Akceleratory cząstek wtryskują jony paliwa stycznie do powierzchni cylindra, gdzie albo reagują, albo są wychwytywane w pierścieniu jako dodatkowe paliwo.

W przeciwieństwie do innych urządzeń do fuzji magnetycznej, takich jak tokamak , FRC zapewniają topologię pola magnetycznego , w której pole osiowe wewnątrz reaktora jest odwracane przez prądy wirowe w plazmie, w porównaniu z otaczającym polem magnetycznym przykładanym zewnętrznie przez solenoidy. FRC jest mniej podatny na niestabilności magnetohydrodynamiczne i plazmowe niż inne metody syntezy magnetycznej. Nauka stojąca za reaktorem termojądrowym z wiązką zderzającą jest wykorzystywana w projektach C-2, C-2U i C-2W firmy.

Kluczową koncepcją w systemie TAE jest to, że FRC jest utrzymywany w stanie użytecznym przez dłuższy czas. Aby to zrobić, akceleratory wtryskują paliwo w taki sposób, że kiedy cząstki rozpraszają się w pierścieniu, powodują przyspieszenie obrotu paliwa, które już tam jest. Proces ten normalnie powoli zwiększałby dodatni ładunek masy paliwa, więc elektrony są również wtryskiwane, aby z grubsza zneutralizować ładunek.

FRC jest przechowywany w cylindrycznej komorze próżniowej wielkości ciężarówki, zawierającej solenoidy . Wygląda na to, że FRC zostanie następnie skompresowany, albo przy użyciu kompresji adiabatycznej, podobnej do tej proponowanej dla zwierciadeł magnetycznych w latach pięćdziesiątych XX wieku, albo poprzez połączenie dwóch takich FRC przy użyciu podobnego układu.

Projekt musi osiągnąć próg „wystarczająco gorąco/wystarczająco długo” (HELE), aby osiągnąć fuzję. Wymagana temperatura to 3 miliardy stopni Celsjusza (~ 250 keV), podczas gdy wymagany czas trwania (osiągnięty z C2-U) to wiele milisekund.

11 B( ^p , α)αα

Istotnym elementem projektu jest wykorzystanie „zaawansowanych paliw”, tj. paliw z reakcjami pierwotnymi, które nie wytwarzają neutronów , takich jak wodór i bor-11 . Wszystkie produkty fuzji FRC to naładowane cząstki , dla których możliwa jest wysoce wydajna bezpośrednia konwersja energii . Strumień neutronów i związana z nim radioaktywność na miejscu praktycznie nie istnieje. Tak więc w przeciwieństwie do innych badań nad syntezą jądrową z udziałem deuteru i trytu , i w przeciwieństwie do rozszczepieniu jądrowym , nie powstają żadne odpady radioaktywne . Paliwo wodoru i boru-11 stosowane w tego typu reakcjach jest również znacznie bardziej obfite.

TAE Technologies opiera się na czystej reakcji ¹¹ B( p ,α)αα, również zapisywanej jako ^11B ( p ,3α), która wytwarza trzy jądra helu zwane cząstkami α (stąd nazwa firmy) w następujący sposób:

¹ p + ¹¹ b	→		¹² C
¹² C	→		⁴ On	+	⁸ Bądź
⁸ Bądź	→	2	⁴ On

Proton (identyczny z najpowszechniejszym jądrem wodoru) zderzający się z borem-11 tworzy rezonans w węglu -12 , który rozpada się , emitując jedną wysokoenergetyczną pierwotną cząsteczkę α. Prowadzi to do pierwszego stanu wzbudzonego berylu -8 , który rozpada się na dwie niskoenergetyczne wtórne cząstki α. Jest to model powszechnie akceptowany w środowisku naukowym , ponieważ opublikowane wyniki dotyczą eksperymentu z 1987 roku.

TAE twierdził, że produkty reakcji powinny uwalniać więcej energii niż to, co jest powszechnie przewidywane. W 2010 roku Henry R. Weller i jego zespół z Triangle Universities Nuclear Laboratory (TUNL) wykorzystali źródło promieniowania gamma o wysokiej intensywności (HIγS) na Duke University , ufundowane przez TAE i Departament Energii Stanów Zjednoczonych, aby wykazać, że mechanizm zaproponowany przez Ernesta Rutherforda i Marka Oliphanta w 1933 r., następnie Philipa Dee i CW Gilberta z Cavendish Laboratory w 1936 r. oraz wyniki eksperymentu przeprowadzonego przez francuskich badaczy z IN2P3 w 1969 roku był poprawny. Model i eksperyment przewidywały dwie wysokoenergetyczne cząstki α o prawie równej energii. Jedna była pierwotną cząstką α, a druga wtórną cząstką α, obie emitowane pod kątem 155 stopni. Emitowana jest również trzecia wtórna cząstka α o niższej energii.

Odwrotny konwerter cyklotronowy (ICC)

Systemy bezpośredniej konwersji energii dla innych generatorów energii termojądrowej, obejmujące kolektory i „ żaluzje weneckie ” lub długą liniową wnękę mikrofalową wypełnioną polem magnetycznym o natężeniu 10 tesli i prostowniki , nie nadają się do syntezy jądrowej z energiami jonów powyżej 1 MeV . Firma zastosowała znacznie krótsze urządzenie, odwrotny cyklotronowy (ICC), który działał z częstotliwością 5 MHz i wymagał pola magnetycznego o natężeniu zaledwie 0,6 tesli. Ruch liniowy produktu fuzji jony są przekształcane w ruch okrężny przez wierzchołek magnetyczny. Energia jest zbierana z naładowanych cząstek, gdy poruszają się po spirali wokół elektrod kwadrupolowych . Bardziej klasyczne kolektory zbierają cząstki o energii mniejszej niż 1 MeV.

Oszacowanie stosunku mocy syntezy jądrowej do strat promieniowania dla FRC o mocy 100 MW zostało obliczone dla różnych paliw, przy założeniu sprawności konwertera na poziomie 90% dla cząstek α, 40% dla promieniowania Bremsstrahlung poprzez efekt fotoelektryczny i 70% dla akceleratorów , z nadprzewodzącymi cewkami magnetycznymi 10T:

Q = 35 dla deuteru i trytu
Q = 3 dla deuteru i helu-3
Q = 2,7 dla wodoru i boru-11
Q = 4,3 dla spolaryzowanego wodoru i boru-11.

Polaryzacja spinowa zwiększa przekrój poprzeczny syntezy jądrowej ^o współczynnik 1,6 dla ¹¹ B. Dalszy wzrost Q powinien wynikać z jądrowego momentu kwadrupolowego 11 B. A kolejny wzrost Q może również wynikać z mechanizmu pozwalającego na wytwarzanie wtórnego wysokoenergetyczna cząstka α.

TAE Technologies planuje wykorzystać reakcję p - ¹¹ B w swoim komercyjnym FRC ze względów bezpieczeństwa oraz ponieważ systemy konwersji energii są prostsze i mniejsze: ponieważ nie uwalnia się neutron, konwersja termiczna jest niepotrzebna, stąd brak wymiennika ciepła ani turbiny parowej .

Projektowane w prezentacjach TAE reaktory „wielkości ciężarówki” o mocy 100 MW są oparte na tych obliczeniach.

Postęp maszyn

Rura ściekowa

Opracowana w 1998 roku maszyna do weryfikacji koncepcji firmy została stworzona przy użyciu wspólnej rury kanalizacyjnej i po raz pierwszy zademonstrowała wykonalność tworzenia pola magnetycznego o konfiguracji odwrotnej.

CBFR-SPS

koncepcja aneutronicznej rakiety termojądrowej klasy 100 MW, w konfiguracji z odwróconym polem magnetycznym . Reaktor zasilany jest energetyczno-jonową mieszaniną wodoru i boru ( p - ¹¹ B). Produkty syntezy jądrowej to jony helu (cząstki α) wyrzucane osiowo z układu. cząstki α płynące w jednym kierunku są wyhamowywane, a ich energia jest bezpośrednio przekształcana w energię układu; a cząstki wyrzucane w przeciwnym kierunku zapewniają ciąg . Ponieważ produkty syntezy jądrowej są naładowanymi cząstkami i nie uwalniają neutronów, system nie wymaga stosowania masywnego promieniowania tarcza .

C-2

Firma TAE Technologies przeprowadziła różne eksperymenty na największym na świecie kompaktowym urządzeniu toroidalnym o nazwie „C-2”. Wyniki zaczęły być regularnie publikowane w 2010 r., a prace obejmowały 60 autorów. Wyniki C-2 wykazały szczytowe temperatury jonów 400 elektronowoltów (5 milionów stopni Celsjusza), temperatury elektronów 150 elektronowoltów , gęstości plazmy 1E19 m ^-3 i 1E9 neutronów fuzyjnych na sekundę przez 3 milisekundy.

Instytut Budkera

Budker Institute of Nuclear Physics w Nowosybirsku zbudował potężny wtryskiwacz plazmy, wysłany pod koniec 2013 roku do ośrodka badawczego firmy. Urządzenie wytwarza neutralną wiązkę w zakresie od 5 do 20 MW i wstrzykuje energię do wnętrza reaktora, aby przekazać ją plazmie termojądrowej.

C-2U

W marcu 2015 roku zmodernizowany C-2U z wiązkami odchylającymi krawędzie wykazał 10-krotną poprawę żywotności, z FRC podgrzanymi do 10 milionów stopni Celsjusza i trwającymi 5 milisekund bez oznak rozpadu. ^{[ potrzebne źródło ]} C-2U działa poprzez strzelanie do siebie dwoma plazmami w kształcie pączków z prędkością 1 miliona kilometrów na godzinę, w wyniku czego powstaje FRC w kształcie cygara o długości nawet 3 metrów i średnicy 40 centymetrów. Plazmę kontrolowano za pomocą pól magnetycznych generowanych przez elektrody i magnesy na każdym końcu rury. Zmodernizowany system wiązek cząstek zapewniał moc 10 megawatów.

C-2W/Norman

W 2017 roku firma TAE Technologies zmieniła nazwę reaktora C-2W na „Norman” na cześć współzałożyciela firmy Normana Rostokera który zmarł w 2014 roku. W lipcu 2017 roku firma ogłosiła, że w reaktorze Norman osiągnęła plazmę. Podobno reaktor Norman może pracować w temperaturach od 50 milionów do 70 milionów stopni Celsjusza. W lutym 2018 roku firma ogłosiła, że po 4000 eksperymentów osiągnęła wysoką temperaturę prawie 20 milionów stopni Celsjusza. W 2018 roku TAE Technologies nawiązało współpracę z zespołem Applied Science w Google, aby opracować technologię wewnątrz Normana, aby zmaksymalizować temperaturę elektronów, mając na celu zademonstrowanie progowej fuzji. W 2021 roku firma TAE Technologies stwierdziła, że firma Norman regularnie produkuje stabilną plazmę w temperaturach powyżej 50 milionów stopni, osiągając kluczowy kamień milowy dla maszyny i odblokowując dodatkowe 280 milionów dolarów finansowania, co daje łączne finansowanie do 880 milionów dolarów. W 2023 roku firma opublikowała recenzowany artykuł opisujący pierwszy pomiar fuzji p-B11 w plazmie zamkniętej magnetycznie.

Kopernik

Urządzenie Copernicus będzie działać na wodór i ma osiągnąć zysk energetyczny netto około 2025 r. Szacunkowy koszt reaktora to 200 mln USD, a ma on osiągnąć temperaturę około 100 mln°C, aby potwierdzić warunki potrzebne do syntezy deuteru z trytem podczas gdy firma przechodzi na paliwo p - ¹¹ B ze względu na jego doskonały profil środowiskowy i kosztowy. TAE zamierza rozpocząć budowę w 2022 roku.

Da Vinci

Urządzenie Da Vinci jest proponowanym następcą urządzenia Copernicus. Jest to prototyp komercyjnie skalowalnego reaktora. Ma powstać w drugiej połowie lat 20. XX wieku i ma osiągnąć 3 miliardy°C oraz wytwarzać energię termojądrową z cyklu p - ¹¹ B.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Blain, Loz (12 sierpnia 2022). „TAE na dobrej drodze do syntezy wodoru z borem o miliardach stopni do wczesnych lat 30. XX wieku” . Nowy Atlas . Źródło 13 sierpnia 2022 r .