TAE Technologies
 | |
| Förr | Tri Alpha Energy, Inc. |
|---|---|
| Typ | Privat |
| Industri | Fusion Power Energilagring |
| Grundad | april 1998 |
| Grundare |
|
| Huvudkontor | Foothill Ranch, Kalifornien , USA |
Nyckelpersoner |
|
Antal anställda |
250 |
| Dotterbolag |
|
| Hemsida | |
TAE Technologies , tidigare Tri Alpha Energy , är ett amerikanskt företag baserat i Foothill Ranch, Kalifornien som utvecklar aneutronisk fusionskraft . Företagets design bygger på en avancerad stråldriven fältomvänd konfiguration (FRC), som kombinerar funktioner från acceleratorfysik och andra fusionskoncept på ett unikt sätt, och är optimerad för väte-borbränsle, även känt som proton-bor och p -B11. Den publicerar regelbundet teoretiska och experimentella resultat i akademiska tidskrifter med hundratals publikationer och affischer vid vetenskapliga konferenser och i ett forskningsbibliotek som är värd för dessa artiklar på sin webbplats. TAE har utvecklat fem generationer av ursprungliga fusionsplattformar med en sjätte under utveckling. Målet är att tillverka en prototyp av kommersiell fusionsreaktor till 2030.
Organisation
Företaget grundades 1998 och stöds av privat kapital. TAE Technologies fungerade som ett smygföretag i många år, och avstod från att lansera sin webbplats förrän 2015. Företaget diskuterade generellt inte framsteg eller någon tidsplan för kommersiell produktion. Däremot har den registrerat och förnyat olika patent.
Från och med 2021 hade TAE Technologies enligt uppgift mer än 250 anställda och hade samlat in över 880 miljoner dollar .
Finansiering
Huvudfinansieringen har kommit från Goldman Sachs och riskkapitalister som Microsofts medgrundare Paul Allens Vulcan Inc. , Rockefellers Venrock och Richard Kramlichs New Enterprise Associates . Rysslands regering , genom aktiebolaget Rusnano , investerade i Tri Alpha Energy i oktober 2012, och Anatoly Chubais , Rusnanos vd, blev styrelseledamot. Andra investerare inkluderar Wellcome Trust och Kuwait Investment Authority . I juli 2017 rapporterade företaget att det hade samlat in mer än 500 miljoner dollar i stöd. Från och med 2020 hade företaget samlat in över 600 miljoner dollar, vilket steg till cirka 880 miljoner dollar 2021 och 1,2 miljarder dollar från och med 2022.
Ledarskap och styrelse
TAE:s teknologi grundades av fysikern Norman Rostoker , som en spin-out av hans arbete vid University of California, Irvine . Steven Specker, tidigare VD för Electrical Power Research Institute (EPRI), var VD från oktober 2016 till juli 2018. Michl Binderbauer , som tog sin doktorsexamen. i plasmafysik under ledning av Rostoker vid UCI, flyttade från CTO till VD efter Speckers pensionering. Specker förblir rådgivare. Ytterligare styrelseledamöter inkluderar Jeff Immelt , tidigare vd för General Electric , John J. Mack , tidigare vd för Morgan Stanley, och Ernest Moniz , tidigare USA:s energiminister vid det amerikanska energidepartementet , som gick med i företagets styrelse för styrelseledamöter i maj 2017.
Samarbetspartners
Sedan 2014 har TAE Technologies arbetat med Google för att utveckla en process för att analysera data som samlats in om plasmabeteende i fusionsreaktorer. Under 2017 kunde TAE, med hjälp av ett maskininlärningsverktyg utvecklat genom partnerskapet och baserat på "Optometrist Algorithm", hitta betydande förbättringar i plasmainneslutning och stabilitet jämfört med den tidigare C-2U-maskinen. Resultaten av studien publicerades i Scientific Reports .
I november 2017 antogs företaget till ett program för innovativa och nya beräkningseffekter på teori och experiment i USA:s energidepartement som gav företaget tillgång till superdatorn Cray XC40 .
År 2021 tillkännagav TAE Technologies ett gemensamt forskningsprojekt med Japans Institute for Fusion Science (NIFS) för att delta i en tre år lång studie om effekterna av väte-borbränslereaktioner i NIFS Large Helical Device (LHD).
Dotterbolag
TAE Life Sciences
I mars 2018 meddelade TAE Technologies att de hade samlat in 40 miljoner dollar för att avknoppa ett dotterbolag fokuserat på att förfina borneutroninfångningsterapi (BNCT) för cancerbehandling. Dotterbolaget heter TAE Life Sciences och fick finansiering under ledning av ARTIS Ventures. TAE Life Sciences meddelade också att de skulle samarbeta med Neuboron Medtech, som kommer att vara först med att installera företagets strålsystem. Företaget delar gemensamma styrelseledamöter med TAE Technologies och leds av Bruce Bauer.
TAE Power Solutions
I september 2021 tillkännagav TAE Technologies bildandet av en ny division, Power Solutions, för att kommersialisera de energihanteringssystem som utvecklats på C-2W/Norman-reaktorn för elfordon , laddningsinfrastruktur och energilagringsmarknader . Företaget tillkännagav också utnämningen av veteranen David Roberts som VD för den nya divisionen.
Design
Underliggande teori
I mainline fusionsmetoder tillhandahålls den energi som behövs för att tillåta reaktioner, Coulomb-barriären , genom att värma upp fusionsbränslet till miljontals grader. I sådant bränsle lösgörs elektronerna från sina joner och bildar en gasliknande blandning som kallas plasma . I vilken gasliknande blandning som helst kommer partiklarna att finnas i en mängd olika energier, enligt Maxwell-Boltzmann-fördelningen . I dessa system sker fusion när två av de högre energipartiklarna i blandningen slumpmässigt kolliderar. Att hålla ihop bränslet tillräckligt länge för att detta ska ske är en stor utmaning.
TAE:s maskiner snurrar plasma upp till en slingstruktur som kallas en fältomvänd konfiguration (FRC) som är en slinga av het, tät plasma. Material inuti en FRC är fristående av de fält som plasman skapar. När plasmaströmmen rör sig runt slingan skapar den ett magnetfält som är vinkelrätt mot rörelseriktningen; ungefär som ström i en tråd skulle göra. Detta självskapade fält hjälper till att hålla inne plasmaströmmen och håller slingan stabil.
Utmaningen med fältomvända konfigurationer är att de saktar ner med tiden, vinglar och så småningom kollapsar. Företagets innovation var att kontinuerligt applicera partikelstrålar längs ytan av FRC för att hålla den roterande. Detta balk- och bågsystem var nyckeln till att öka dessa maskiners livslängd, stabilitet och prestanda.
TAE:s design
TAE-designen bildar en fältomvänd konfiguration (FRC), en självstabiliserad roterande toroid av partiklar som liknar en rökring . I TAE-systemet görs ringen så tunn som möjligt, ungefär samma bildförhållande som en öppnad plåtburk . Partikelacceleratorer injicerar bränslejoner tangentiellt till cylinderns yta, där de antingen reagerar eller fångas in i ringen som extra bränsle.
Till skillnad från andra magnetiska inneslutningsfusionsanordningar såsom tokamak , tillhandahåller FRC en magnetfältstopologi där det axiella fältet inuti reaktorn omkastas av virvelströmmar i plasman , jämfört med det omgivande magnetiska fältet som appliceras externt av solenoider. FRC är mindre benägen för magnetohydrodynamiska och plasmainstabiliteter än andra metoder för fusion med magnetisk inneslutning. Vetenskapen bakom den kolliderande strålfusionsreaktorn används i företagets C-2, C-2U och C-2W-projekt.
Ett nyckelbegrepp i TAE-systemet är att FRC hålls i ett användbart tillstånd under en längre period. För att göra detta insprutar acceleratorerna bränslet så att när partiklarna sprids i ringen får de bränslet som redan är där att påskynda rotationen. Denna process skulle normalt långsamt öka den positiva laddningen av bränslemassan, så elektroner injiceras också för att hålla laddningen ungefär neutraliserad.
vakuumkammare i lastbilsstorlek som innehåller solenoider . Det verkar som om FRC sedan kommer att komprimeras, antingen med adiabatisk komprimering liknande de som föreslogs för magnetiska spegelsystem på 1950-talet, eller genom att tvinga två sådana FRC tillsammans med ett liknande arrangemang.
Designen måste uppnå tröskeln "hot enough/long enough" (HELE) för att uppnå fusion. Den erforderliga temperaturen är 3 miljarder grader Celsius (~250 keV), medan den erforderliga varaktigheten (uppnås med C2-U) är flera millisekunder.
Den 11B ( p ,a)aa-aneutroniska reaktionen
En väsentlig komponent i konstruktionen är användningen av "avancerade bränslen", dvs bränslen med primära reaktioner som inte producerar neutroner , såsom väte och bor-11 . FRC-fusionsprodukter är alla laddade partiklar för vilka högeffektiv direkt energiomvandling är möjlig. Neutronflöde och tillhörande radioaktivitet på plats är praktiskt taget obefintlig. Så till skillnad från annan kärnfusionsforskning som involverar deuterium och tritium , och till skillnad från kärnklyvning , skapas inget radioaktivt avfall . Väte- och bor-11-bränslet som används i denna typ av reaktion är också mycket rikligare.
TAE Technologies förlitar sig på den rena 11 B( p ,α)αα-reaktionen, även skriven 11 B( p ,3α), som producerar tre heliumkärnor som kallas α−partiklar ( därav namnet på företaget) enligt följande:
| 1 p + 11 B | → | 12 C | |||
| 12 C | → | 4 Han | + | 8 Var | |
| 8 Var | → | 2 | 4 Han |
En proton (identisk med den vanligaste vätekärnan) som träffar bor-11 skapar en resonans i kol-12, som sönderfaller genom att sända ut en primär α−partikel med hög energi . Detta leder till det första exciterade tillståndet av beryllium-8 , som sönderfaller till två lågenergi sekundära α-partiklar. Detta är den modell som är allmänt accepterad i det vetenskapliga samfundet eftersom de publicerade resultaten står för ett experiment från 1987.
TAE hävdade att reaktionsprodukterna borde frigöra mer energi än vad som vanligtvis föreställs. 2010 använde Henry R. Weller och hans team från Triangle Universities Nuclear Laboratory (TUNL) den högintensiva γ-strålekällan (HIγS) vid Duke University, finansierad av TAE och US Department of Energy, för att visa att mekanismen först föreslog av Ernest Rutherford och Mark Oliphant 1933, sedan Philip Dee och CW Gilbert från Cavendish Laboratory 1936, och resultaten av ett experiment utfört av franska forskare från IN2P3 1969, var korrekta. Modellen och experimentet förutspådde två högenergi-α-partiklar med nästan lika energi. Den ena var den primära α-partikeln och den andra en sekundär α-partikel, båda emitterade i en vinkel på 155 grader. En tredje sekundär a-partikel emitteras också, med lägre energi.
Inverterad cyklotronomvandlare (ICC)
Direkt energiomvandlingssystem för andra fusionskraftgeneratorer, som involverar kollektorplattor och " persienner " eller en lång linjär mikrovågshålighet fylld med ett magnetfält på 10 Tesla och rektennor , är inte lämpliga för fusion med jonenergier över 1 MeV . Företaget använde en mycket kortare enhet, en invers cyklotronomvandlare (ICC) som fungerade vid 5 MHz och krävde ett magnetfält på endast 0,6 tesla. Den linjära rörelsen av fusionsproduktjoner omvandlas till cirkulär rörelse av en magnetisk spets. Energi samlas in från de laddade partiklarna när de går i spiral förbi kvadrupolelektroder . Mer klassiska samlare samlar partiklar med energi mindre än 1 MeV.
Uppskattningen av förhållandet mellan fusionseffekt och strålningsförlust för en 100 MW FRC har beräknats för olika bränslen, med antagande av en omvandlarverkningsgrad på 90 % för α-partiklar, 40 % för Bremsstrahlung-strålning genom fotoelektrisk effekt och 70 % för acceleratorerna , med 10T supraledande magnetspolar:
- Q = 35 för deuterium och tritium
- Q = 3 för deuterium och helium-3
- Q = 2,7 för väte och bor-11
- Q = 4,3 för polariserat väte och bor-11.
Spinnpolarisationen ökar fusionstvärsnittet med en faktor på 1,6 för 11 B. En ytterligare ökning av Q bör vara resultatet av det nukleära kvadrupolmomentet på 11 B. Och en annan ökning av Q kan också vara resultatet av mekanismen som tillåter produktion av en sekundär högenergi a-partikel.
TAE Technologies planerar att använda p - 11 B-reaktionen i sin kommersiella FRC av säkerhetsskäl och för att energiomvandlingssystemen är enklare och mindre: eftersom ingen neutron frigörs är termisk omvandling onödig, därför ingen värmeväxlare eller ångturbin .
De "lastbilsstora" 100 MW-reaktorerna som designats i TAE-presentationer är baserade på dessa beräkningar.
Maskinernas utveckling
Avloppsrör
Företagets proof-of-concept-maskin, som utvecklades 1998, skapades med hjälp av ett gemensamt avloppsrör och visade först möjligheten att bilda ett fältomvänt magnetfält.
CBFR-SPS
CBFR-SPS är ett aneutroniskt fusionsraketkoncept av 100 MW-klass, magnetfält-omvänd konfiguration . Reaktorn drivs av en energi-jonblandning av väte och bor ( s - 11 B). Fusionsprodukter är heliumjoner (α-partiklar) som drivs axiellt ut ur systemet. a-partiklar som strömmar i en riktning bromsas in och deras energi omvandlas direkt för att driva systemet; och partiklar som drivs ut i motsatt riktning ger dragkraft . Eftersom fusionsprodukterna är laddade partiklar och inte frigör neutroner, kräver systemet inte användning av en massiv strålningssköld .
C-2
Olika experiment har utförts av TAE Technologies på världens största kompakta toroidenhet kallad "C-2". Resultaten började publiceras regelbundet 2010, med artiklar med 60 författare. C-2-resultat visade toppjontemperaturer på 400 elektronvolt (5 miljoner grader Celsius), elektrontemperaturer på 150 elektronvolt , plasmadensiteter på 1E19 m -3 och 1E9 fusionsneutroner per sekund under 3 millisekunder.
Budker Institutet
Budker Institute of Nuclear Physics , Novosibirsk , byggde en kraftfull plasmainjektor, skickad i slutet av 2013 till företagets forskningsanläggning. Enheten producerar en neutral stråle i intervallet 5 till 20 MW och injicerar energi inuti reaktorn för att överföra den till fusionsplasman.
C-2U
I mars 2015 visade den uppgraderade C-2U med kantförspänningsbalkar en 10-faldig förbättring i livslängd, med FRC:er uppvärmda till 10 miljoner grader Celsius och varade i 5 millisekunder utan tecken på förfall. [ citat behövs ] C-2U fungerar genom att skjuta två munkformade plasma mot varandra i 1 miljon kilometer i timmen, resultatet är en cigarrformad FRC så mycket som 3 meter lång och 40 centimeter i diameter. Plasman kontrollerades med magnetfält genererade av elektroder och magneter vid varje ände av röret. Det uppgraderade partikelstrålesystemet gav 10 megawatt effekt.
C-2W/Norman
2017 döpte TAE Technologies om C-2W-reaktorn till "Norman" för att hedra företagets medgrundare Norman Rostoker som dog 2014. I juli 2017 meddelade företaget att Norman-reaktorn hade uppnått plasma. Norman-reaktorn ska enligt uppgift fungera vid temperaturer mellan 50 miljoner och 70 miljoner °C. I februari 2018 meddelade företaget att det efter 4 000 experiment hade nått en hög temperatur på nästan 20 miljoner °C. Under 2018 samarbetade TAE Technologies med Applied Science-teamet på Google för att utveckla tekniken inuti Norman för att maximera elektrontemperaturen, i syfte att demonstrera breakeven-fusion. År 2021 uppgav TAE Technologies att Norman regelbundet producerade ett stabilt plasma vid temperaturer över 50 miljoner grader, uppnådde en viktig milstolpe för maskinen och låste upp ytterligare 280 miljoner dollar i finansiering, vilket gav den totala finansieringen upp till 880 miljoner dollar. År 2023 publicerade företaget ett refereegranskat papper som rapporterade den första mätningen av p-B11-fusion i magnetiskt sluten plasma.
Copernicus
Copernicus-enheten kommer att drivas med väte och förväntas uppnå nettoenergivinst runt 2025. Den ungefärliga kostnaden för reaktorn är 200 miljoner dollar, och den är avsedd att nå temperaturer på cirka 100 miljoner°C för att validera de förhållanden som behövs för deuterium-tritiumfusion medan företaget skalar till p - 11 B bränsle för sin överlägsna miljö- och kostnadsprofil. TAE har för avsikt att börja bygga 2022.
Da Vinci
Da Vinci-enheten är en föreslagen efterföljare till Copernicus. Det är en prototyp för en kommersiellt skalbar reaktor. Den är planerad att utvecklas under andra hälften av 2020-talet och förväntas uppnå 3 miljarder °C och producera fusionsenergi från p - 11 B bränslecykeln .
Se även
- China Fusion Engineering Test Reactor
- Commonwealth Fusion Systems
- Tät plasmafokus
- Fusion Industry Association
- General Fusion
- Polywell
- Sfärisk Tokamak för energiproduktion
externa länkar
- Blain, Loz (12 augusti 2022). "TAE på väg för miljardgraders väte-borfusion i början av 2030-talet" . Ny Atlas . Hämtad 13 augusti 2022 .
| Myndighetskontroll : Internationell |
|---|
