TAE Technologies - TAE Technologies

For atomreaksjonen, se Triple-alfa-prosessen .

TAE Technologies, Inc.
Tidligere Tri Alpha Energy, Inc.
Type Privat
Industri Fusjonskraft
Grunnlagt April 1998 ; 23 år siden ( 1998-04 )
Grunnleggerne
Hovedkvarter Foothill Ranch, California , USA
Nøkkel folk
Antall ansatte
 150
Datterselskaper TAE Life Sciences
Nettsted www .tae .com

TAE Technologies , tidligere Tri Alpha Energy , er et amerikansk selskap basert i Foothill Ranch, California , opprettet for utvikling av aneutronisk fusjonskraft . Selskapets design er avhengig av en felt-reversert konfigurasjon (FRC), som kombinerer funksjoner fra andre fusjonskonsepter på en unik måte. Den tar sikte på å produsere en prototype kommersiell fusjonsreaktor innen 2030.

Selskapet ble grunnlagt i 1998, og støttes av privat kapital. De opererte som et stealth -selskap i mange år, og avstod fra å lansere nettstedet til 2015. Selskapet diskuterte generelt ikke fremgang eller noen tidsplan for kommersiell produksjon. Imidlertid har den registrert og fornyet forskjellige patenter. Den publiserer regelmessig teoretiske og eksperimentelle resultater i akademiske tidsskrifter med over 150 publikasjoner og plakater på vitenskapelige konferanser de siste fem årene. TAE har et forskningsbibliotek som er vert for disse artiklene på deres nettsted.

Organisasjon

Fra 2014 hadde angivelig TAE Technologies mer enn 150 ansatte og hadde samlet inn over $ 150 millioner dollar, langt mer enn noe annet privat forskningsselskap for fusjonskraft eller de aller fleste føderalt finansierte offentlige laboratorie- og universitetsfusjonsprogrammer. Hovedfinansieringen har kommet fra Goldman Sachs og venture kapitalister som Microsoft co-grunnlegger Paul Allen 's Vulcan Inc. , Rockefeller ' s Venrock , og Richard Kramlich sin nye Enterprise Associates . Den regjeringen i Russland , gjennom aksjeselskap Rusnano , investert i Tri Alpha Energy i oktober 2012, og Anatoly Chubais , Rusnano CEO, ble styremedlem. Andre investorer inkluderer Wellcome Trust og Kuwait Investment Authority .

Siden 2014 har TAE Technologies jobbet med Google for å utvikle en prosess for å analysere dataene som samles inn om plasmatferd i fusjonsreaktorer. I 2017, ved å bruke et maskinlæringsverktøy utviklet gjennom partnerskapet og basert på "Optometrist Algorithm", var TAE i stand til å finne betydelige forbedringer i plasmainneslutning og stabilitet i forhold til den forrige C-2U-maskinen. Resultatene av studien ble publisert i Scientific Reports . Ernest Moniz , den tidligere USAs energisekretær ved det amerikanske energidepartementet , begynte i selskapets styre i mai 2017. Fra juli 2017 rapporterte selskapet at det hadde samlet inn mer enn 500 millioner dollar i støtte. I november 2017 ble selskapet tatt opp i et USAs Department of Energy Innovative and Novel Computational Impact on Theory and Experiment -programmet som ga selskapet tilgang til Cray XC40 -superdatamaskinen . Fra 2020 hadde selskapet samlet inn over 600 millioner dollar, og fra 2021 rundt 880 millioner dollar.

Steven Specker gikk av som administrerende direktør i juli 2018. Michl Binderbauer flyttet fra CTO til administrerende direktør etter Speckers pensjonisttilværelse. Specker forblir som styremedlem og rådgiver.

TAE Life Sciences

I mars 2018 kunngjorde TAE Technologies at det hadde samlet inn 40 millioner dollar for å slå av et datterselskap med fokus på raffinering av borenøytronfangstbehandling (BNCT) for kreftbehandling. Datterselskapet heter TAE Life Sciences og mottok finansiering ledet av ARTIS Ventures. TAE Life Sciences kunngjorde også at det vil inngå samarbeid med Neuboron Medtech, som vil være den første som installerer selskapets strålesystem. Selskapet deler vanlige styremedlemmer med TAE Technologies og ledes av Bruce Bauer.

Design

Underliggende teori

I hovedfusjonsmetoder tilføres energien som trengs for å tillate reaksjoner, Coulomb -barrieren , ved å varme opp fusjonsdrivstoffet til millioner av grader. I slikt drivstoff skilles elektronene fra ionene sine for å danne en gasslignende blanding kjent som et plasma . I enhver gasslignende blanding vil partiklene bli funnet i en rekke energier, ifølge Maxwell-Boltzmann-fordelingen . I disse systemene oppstår fusjon når to av partiklene med høyere energi i blandingen tilfeldig kolliderer. Å holde drivstoffet sammen lenge nok til at dette skal skje er en stor utfordring.

TAEs design er til syvende og sist basert på en annen tilnærming, kollisjon av strålefusjon eller CBF. I CBF er drivstoffet ikke i form av et plasma, men består i stedet av en strøm av individuelle partikler fra en partikkelakselerator . I denne tilnærmingen har hvert ion den energien som trengs for å gjennomgå fusjon. I de fleste design blir to slike bjelker opprettet og rettet mot hverandre, med sammensmeltingen som finner sted ved kollisjonspunktet. Dessverre er det veldig enkelt å demonstrere at antallet fusjonshendelser som finner sted i slike systemer er langt mindre enn antall ganger partiklene bare hopper av hverandre, eller spres . Selv om de reaksjonene som skjer er veldig kraftige, kan de ikke gjøre opp for tapene fra partiklene som spres.

For å få et slikt system til å fungere må partiklene som sprer seg, samles på en eller annen måte, slik at de kan gjennomgå ytterligere sjanser for å ha en kollisjon, minst tusenvis av ganger. Flere tilnærminger har blitt foreslått, særlig migmakonseptet på 1970 -tallet . Migma brukte et unikt magnetisk arrangement som naturligvis førte til at partiklene gikk i bane rundt en lagertank, slik at de konstant passerte gjennom midten. Imidlertid ble det vist at den maksimalt tillatte tettheten i enhver praktisk enhet var for lav til å være nyttig.

TAEs design

Se også: Kompakt toroid

TAEs design er til syvende og sist en CBF, men er forskjellig i måten den holder de injiserte partiklene lagret på. I stedet for en magnetisk tank danner TAE-designen en felt-reversert konfigurasjon (FRC), en selvstabilisert roterende toroid av partikler som ligner en røykring . I TAE -systemet er ringen laget så tynn som mulig, omtrent det samme størrelsesforholdet som en åpnet blikkboks . Partikkelakseleratorer injiserer drivstoffioner tangentielt til overflaten av sylinderen, hvor de enten reagerer eller fanges inn i ringen som ekstra drivstoff.

I motsetning til andre magnetiske oppdemningsapparat fusjons enheter som tokamak , FRCS tilveiebringe et magnetisk felt topologi hvorved det aksielle feltet inne i reaktoren blir reversert av virvelstrømmer i plasmaet, sammenlignet med den omgivende magnetfelt eksternt tilført av solenoider. FRC er mindre utsatt for magnetohydrodynamisk og plasma ustabilitet enn andre fusjonsmetoder for magnetisk innesperring. Vitenskapen bak kollisjonsstrålefusjonsreaktoren brukes i selskapets C-2, C-2U og C-2W prosjekter.

Et sentralt konsept i TAE -systemet er at FRC holdes i en nyttig tilstand over en lengre periode. For å gjøre dette injiserer akseleratorene drivstoffet slik at når partiklene spres i ringen, får de drivstoffet som allerede er der til å øke hastigheten i rotasjon. Denne prosessen vil normalt sakte øke den positive ladningen til drivstoffmassen, så elektroner injiseres også for å holde ladningen grovt nøytralisert.

FRC er holdt i et sylindrisk vakuumkammer i lastebilstørrelse som inneholder solenoider . Det ser ut til at FRC da vil bli komprimert, enten ved bruk av adiabatisk komprimering som ligner de som ble foreslått for magnetiske speilsystemer på 1950 -tallet, eller ved å tvinge to slike FRC sammen ved hjelp av et lignende arrangement.

Designet må oppnå terskelen "varm nok/lenge nok" (HELE) for å oppnå fusjon. Den nødvendige temperaturen er 3 milliarder grader Celsius (~ 250 keV), mens den nødvendige varigheten (oppnådd med C2-U) er flere millisekunder.

Den 11 B ( p , α) αα aneutronic reaksjon

Hovedartikkel: Aneutronic fusion

En vesentlig komponent i designet er bruk av "avanserte drivstoff", dvs. drivstoff med primære reaksjoner som ikke produserer nøytroner , for eksempel hydrogen og bor-11 . FRC -fusjonsprodukter er alle ladede partikler som det er mulig med svært effektiv direkte energikonvertering for . Nøytronstrøm og tilhørende radioaktivitet på stedet er praktisk talt ikke-eksisterende. Så i motsetning til annen kjernefusjonsforskning som involverer deuterium og tritium , og i motsetning til atomklyvning , dannes det ikke radioaktivt avfall . Hydrogenet og bor-11 drivstoffet som brukes i denne typen reaksjoner er også mye mer rikelig.

TAE Technologies avhengig av ren 11 B ( p , α) αα reaksjon, også skrevet 11 B ( p , 3α), som frembringer tre heliumkjerner kalt a-partikler (derav firmanavn) som følger:

1 p + 11 B → 12 C
12 C → 4 Han + 8 Vær
8 Vær → 2 4 Han

Et proton (identisk med den vanligste hydrogenkjernen) som slår bor-11 skaper en resonans i karbon-12 , som forfaller ved å avgi en primær α − partikkel med høy energi . Dette fører til den første eksiterte tilstanden til beryllium-8 , som forfaller til to lavenergi sekundære α-partikler. Dette er modellen som vanligvis aksepteres i det vitenskapelige samfunnet siden de publiserte resultatene utgjør et eksperiment fra 1987.

TAE hevdet at reaksjonsproduktene skulle frigjøre mer energi enn det man vanligvis ser for seg. I 2010 brukte Henry R. Weller og teamet hans fra Triangle Universities Nuclear Laboratory (TUNL) høyintensitets y-strålekilden (HIγS) ved Duke University , finansiert av TAE og det amerikanske energidepartementet, for å vise at mekanismen først foreslått av Ernest Rutherford og Mark Oliphant i 1933, deretter Philip Dee og CW Gilbert fra Cavendish Laboratory i 1936, og resultatene av et eksperiment utført av franske forskere fra IN2P3 i 1969, var riktige. Modellen og eksperimentet forutslo to høyenergi α-partikler med nesten like stor energi. Den ene var den primære α-partikkelen og den andre en sekundær α-partikkel, begge utsendt i en vinkel på 155 grader. En tredje sekundær α-partikkel sendes også ut, med lavere energi.

Invers cyclotron converter (ICC)

Se også: Direkte energikonvertering

Direkte energikonverteringssystemer for andre fusjonskraftgeneratorer, som involverer kollektorplater og " persienner " eller et langt lineært mikrobølgehulrom fylt med et 10- Tesla magnetfelt og rektenner , er ikke egnet for fusjon med ionenergier over 1 MeV . Selskapet brukte en mye kortere enhet, en invers cyclotron converter (ICC) som opererte ved 5 MHz og krevde et magnetfelt på bare 0,6 tesla. Den lineære bevegelse av fusjonsproduktioner omdannes til sirkelbevegelse ved hjelp av en magnetisk spiss. Energi blir samlet fra de ladede partikler som de spiral siste kvadrupol- elektroder . Flere klassiske samlere samler partikler med energi mindre enn 1 MeV.

Estimatet av forholdet mellom fusjonskraft og tap av stråling for en 100 MW FRC er beregnet for forskjellige drivstoff, forutsatt en omformereffektivitet på 90% for α-partikler, 40% for Bremsstrahlung-stråling gjennom fotoelektrisk effekt og 70% for akseleratorene , med 10T superledende magnetiske spoler:

  • Q = 35 for deuterium og tritium
  • Q = 3 for deuterium og helium-3
  • Q = 2,7 for hydrogen og bor-11
  • Q = 4,3 for polarisert hydrogen og bor-11.

Den spinn polarisasjon forbedrer smelte tverrsnitt med en faktor på 1,6 for 11 B. En ytterligere økning i Q skulle resultere fra den kjernefysiske kvadropol øyeblikk av 11 B. og en økning i Q kan også resultere fra den mekanisme som tillater produksjon av en sekundær høyenergi α-partikkel.

TAE Technologies planlegger å bruke p - 11 B -reaksjonen i sin kommersielle FRC av sikkerhetsmessige årsaker og fordi energikonverteringssystemene er enklere og mindre: siden ingen nøytron frigjøres, er termisk konvertering unødvendig, derfor ingen varmeveksler eller dampturbin .

De "lastebilstore" 100 MW reaktorene designet i TAE-presentasjoner er basert på disse beregningene.

Prosjekter

CBFR-SPS

CBFR-SPS er en 100 MW-klasse, magnetfelt-reversert konfigurasjon, aneutronisk fusjonsrakettkonsept . Reaktoren drives av en energetisk -ion -blanding av hydrogen og bor ( p - 11 B). Fusjonsprodukter er heliumioner (α-partikler) som blir utvist aksialt ut av systemet. α-partikler som strømmer i en retning bremses ned og energien omdannes direkte til systemet; og partikler som drives ut i motsatt retning gir skyvekraft . Siden fusjonsprodukter kan pålegges partikler og avgir ingen nøytroner, at systemet ikke krever bruk av en massiv strålingsskjoldet .

C-2

Ulike eksperimenter har blitt utført av TAE Technologies på verdens største kompakte toroid-enhet kalt "C-2". Resultatene begynte å bli publisert regelmessig i 2010, med artikler inkludert 60 forfattere. C-2-resultater viste toppiontemperaturer på 400 elektronvolt (5 millioner grader Celsius), elektrontemperaturer på 150 elektronvolt , plasmatetthet på 1E19 m −3 og 1E9 fusjonsnøytroner per sekund i 3 millisekunder.

Russisk samarbeid

Den Budker Institute of Nuclear Physics , Novosibirsk , bygget en kraftig plasma injektor, levert i slutten av 2013 til selskapets forskning anlegget. Enheten produserer en nøytral stråle i området 5 til 20 MW, og injiserer energi inne i reaktoren for å overføre den til fusjonsplasmaet.

C-2U

I mars 2015 viste de oppgraderte C-2U med kantspenningsbjelker en 10 ganger forbedring i levetiden, med FRC-er oppvarmet til 10 millioner grader Celsius og varte 5 millisekunder uten tegn på forfall. C-2U fungerer ved å skyte to smultringformede plasmaer mot hverandre i 1 million kilometer i timen, resultatet er en sigarformet FRC så mye som 3 meter lang og 40 centimeter på tvers. Plasmaet ble kontrollert med magnetfelt generert av elektroder og magneter i hver ende av røret. Det oppgraderte partikkelstrålesystemet ga 10 megawatt effekt.

C-2W/Norman

I 2017 omdøpte TAE Technologies C-2W-reaktoren til "Norman" til ære for selskapets medgründer Norman Rostoker som døde i 2014. I juli 2017 kunngjorde selskapet at Norman-reaktoren hadde oppnådd plasma. Norman -reaktoren er angivelig i stand til å operere ved temperaturer mellom 50 millioner og 70 millioner ° C. I februar 2018 kunngjorde selskapet at det etter 4000 eksperimenter hadde nådd en høy temperatur på nesten 20 millioner ° C. I 2018 samarbeidet TAE Technologies med Applied Science -teamet på Google for å utvikle teknologien inne i Norman for å maksimere elektrontemperaturen, med sikte på å demonstrere breakeven -fusjon. I 2021 uttalte TAE Technologies at Norman regelmessig produserte et stabilt plasma ved temperaturer over 50 millioner grader, møtte en sentral milepæl for maskinen og låste opp ytterligere 280 millioner dollar i finansiering, noe som brakte den totale finansieringen opp til 880 millioner dollar.

Copernicus

Copernicus -enheten innebærer deuterium -tritium -fusjon og forventes å oppnå netto energigevinst. Den omtrentlige kostnaden for reaktoren er 200 millioner dollar, og den er ment å nå temperaturer på rundt 100 millioner ° C. TAE har til hensikt å starte byggingen i 2020 og begynne testkjøringer i 2023.

Da Vinci

Da Vinci -enheten er en foreslått etterfølger for Copernicus. Det er en prototype kommersielt skalerbar fusjonsenergireaktor designet for å bygge bro mellom DT og et p - 11 B drivstoff. Betinget av suksessen til Copernicus, vil den bli utviklet i andre halvdel av 2020-årene og vil bli designet for å oppnå et plasma på 3 milliarder ° C, holde et proton-bor-drivstoff stabilt og produsere fusjonsenergi.

Se også

Referanser