Fusion Technology的無碳能源

TAE Technologies 的重點是核聚變。該公司最近證實，它正在建造一座反應(yīng)堆，其功能是生產(chǎn)清潔能源。到 2030 年，核聚變將成為這些行動的主要來源。

核電站使用核裂變，即原子分裂。相反，TAE Technologies 采用了一種突破性的方法，重現(xiàn)了太陽內(nèi)部發(fā)生的過程。

這種機(jī)制產(chǎn)生和限制等離子體并確保完全安全。

TAE Technologies 是一家美國私營公司，于 1998 年在加利福尼亞州成立，由 200 多名專家組成，其中包括專門從事反應(yīng)堆和核聚變技術(shù)開發(fā)的物理學(xué)家、工程師。在接受 EE Times 采訪時，TAE Technologies 首席執(zhí)行官 Michl Binderbauer 描述了聚變能的現(xiàn)狀及其未來的應(yīng)用。該公司成立于 1998 年，是加州大學(xué)歐文分校物理系的衍生公司。大多數(shù)工程師和科學(xué)家在加州實驗室工作。在全球范圍內(nèi)有大約 250 名員工。該公司已經(jīng)從一些世界上最成熟的投資者那里籌集了超過 8.8 億美元的私人資金，包括谷歌、NEA、Venrock 和 Wellcome Trust，以及 Addison Fischer、Samberg 家族和 Charles Schwab 等富有遠(yuǎn)見的家族辦公室。

“TAE 的所有資金都依賴于闡明和實現(xiàn)特定的科學(xué)目標(biāo)。這種“按里程碑賺錢”的方法使我們在 20 年內(nèi)按時、按預(yù)算或低于預(yù)算。我們的顧問是科學(xué)和工業(yè)界最有經(jīng)驗和最著名的名字。多年來，我們的獨立科學(xué)小組包括多位諾貝爾獎和麥克斯韋獎獲得者。我們的董事會成員包括 GE 前首席執(zhí)行官 Jeffrey Immelt；摩根士丹利前首席執(zhí)行官約翰·麥克；Richard Meserve，卡內(nèi)基科學(xué)研究所名譽(yù)主席，美國核管理委員會前主席；美國前能源部長歐內(nèi)斯特·莫尼茲；和別的。此外，TAE Technologies 通過包括國家實驗室、領(lǐng)先大學(xué)、

圖 1：米歇爾·賓德鮑爾

聚變能源

核聚變提供了大量清潔能源來幫助緩解全球變暖：聚變發(fā)電廠不燃燒化石燃料，不產(chǎn)生溫室氣體排放或長壽命放射性廢物。對于大多數(shù)聚變概念而言，該過程首先將不同的氫同位素加熱到非常高的溫度，導(dǎo)致單個原子失去電子并形成等離子體離子，這是一種必須包含的渾濁物質(zhì)。然后通過這些高能離子的碰撞展開聚變，從而形成氦和大量能量，理想情況下可以自我維持，無需任何進(jìn)一步的能量輸入。

TAE 的概念源于解決傳統(tǒng)托科馬克反應(yīng)堆面臨的困難的愿望，例如對氘氚處理技術(shù)的需求、氚的有限可用性以及超導(dǎo)磁體的尺寸和成本。TAE 反應(yīng)器的核心是氫和硼的聚變。

Binderbauer 說，聚變是大自然首選的能源。這與為太陽和恒星提供能量的過程相同，它使地球上的生命成為可能。TAE 將聚變技術(shù)視為未來全球能源供應(yīng)中至關(guān)重要的、具有成本競爭力的組成部分?！拔覀兊哪繕?biāo)是通過一種安全、清潔、經(jīng)濟(jì)、無碳的新能源來減少人類對環(huán)境的影響，”Binderbauer 說

他補(bǔ)充說，“聚變是綠色的‘圣杯’，因為它有可能以零碳排放供應(yīng)我們目前在全球消耗的能源量——更不用說它滿足不斷增長的需求這一事實。還記得疫情初期嗎？由于世界大部分地區(qū)一度關(guān)閉，排放量顯著減少。Fusion 可以復(fù)制這些條件（甚至改善它們），而不會造成全球大流行的嚴(yán)重不利影響?！?/p>

TAE 的解決方案是利用氫硼聚變，這種反應(yīng)只發(fā)射三個氦核，即所謂的 α 粒子和 X 射線，其能量最終用于驅(qū)動渦輪機(jī)。

Binderbauer 強(qiáng)調(diào)，TAE 的目標(biāo)也是使用氫硼燃料（也稱為質(zhì)子硼或 p-B11）提供公用事業(yè)規(guī)模的聚變。“我們相信這是人類對具有成本競爭力的 24/7 無碳基荷能源的最佳選擇。氫硼是地球上最清潔、最環(huán)保的燃料來源，沒有有害的副產(chǎn)品和足夠的自然供應(yīng)來維持地球近 100,000 年。作為一個物種，在我們耗盡這種燃料之前，我們很可能會因自己的行為而滅絕，”賓德鮑爾說。

當(dāng)前技術(shù)和市場

利用地球聚變的能量取決于兩個條件：將等離子體保持在足夠高的溫度下足夠長的時間以維持聚變反應(yīng)。Binderbauer 說，TAE 將此稱為 Hot Enough Long Enough (HE/LE) 要求?！皩τ诜磻?yīng)堆的性能水平，足夠熱意味著至少達(dá)到 1 億攝氏度，這是今天很容易達(dá)到的溫度。然而，維持這種炎熱的環(huán)境極具挑戰(zhàn)性，因為等離子體是一種微妙的物質(zhì)，必須保護(hù)它免受可能使其衰變或冷卻的條件的影響。目標(biāo)是足夠好地限制這種等離子體，使其可以用比聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量更少的能量來維持。通過這樣做，然后可以將凈能量釋放到電網(wǎng)。在過去的 50 年里，

TAE 在稱為先進(jìn)光束驅(qū)動場反轉(zhuǎn)配置 (FRC) 的專有平臺方面取得了實質(zhì)性進(jìn)展?！芭c托卡馬克的“甜甜圈”形狀不同，F(xiàn)RC 是一種線性配置，可在相對簡單的磁場中以高磁效率將等離子體保持在空心旋轉(zhuǎn)足球形狀中。TAE 的聚變裝置由一根 20 米長的管子組成，管子周圍環(huán)繞著磁鐵，等離子環(huán)從兩端高速射入管子中。當(dāng)環(huán)碰撞時，它們在反應(yīng)室內(nèi)形成一個空心足球，然后通過向其中發(fā)射加速器束來加熱和穩(wěn)定。這是 TAE 開創(chuàng)的獨特創(chuàng)新。因此，這意味著更好的密封性、更高的等離子體穩(wěn)定性以及具有成本競爭力的商業(yè)聚變能源之路，”Binderbauer 說。

通過利用這項技術(shù)，TAE 最近在其 Norman 平臺上實現(xiàn)了一個重要的科學(xué)里程碑，并驗證了該公司獨特的聚變能源方法?！霸谝郧暗膶嶒灧桨钢校覀円呀?jīng)證明我們可以無限期地維持等離子體（足夠長）。TAE 現(xiàn)在已經(jīng)用平均 5000 萬攝氏度的等離子體驗證了足夠熱，距離我們下一個平臺哥白尼的設(shè)計目標(biāo)只有 2 倍。因此，我們有信心在 10 年中期達(dá)到 100+ 百萬攝氏度是絕對可以實現(xiàn)的，隨后獲得許可機(jī)會，”Binderbauer 說。

這一成就得到了部署最先進(jìn)的計算流程的支持，包括與谷歌持續(xù)合作的機(jī)器學(xué)習(xí)（產(chǎn)生了驗光師算法）和能源部利用百億億次計算的 INCITE 計劃的處理能力。

隨著公司旗下的諾曼里程碑和超導(dǎo)磁體、機(jī)器學(xué)習(xí)、通用機(jī)器控制、數(shù)據(jù)科學(xué)、真空技術(shù)、加速器技術(shù)、高速數(shù)字電子等技術(shù)現(xiàn)在滿足聚變的性能要求，TAE 預(yù)計將建立接近十年末的原型發(fā)電廠。

Fusion 并不排斥其他技術(shù)，Binderbauer 認(rèn)為它是全面的可再生能源組合的一部分?！拔覀儸F(xiàn)在和未來都必須部署其他形式的綠色能源，即使在聚變啟動并運行時也是如此。聚變是一種長期的方法，也是一種強(qiáng)大的能源，最終可以為電網(wǎng)提供所需的基荷電力，以補(bǔ)充太陽能、風(fēng)能和其他可再生能源。由于聚變不依賴于陽光照射或風(fēng)吹，它可以確保隨時可用的電力。此外，由于聚變是一開始就功率密度最高的能源發(fā)電技術(shù)，而且 TAE 的配置安全、緊湊、具有成本效益且易于部署，因此它可以靠近能源需求，并減少對低效和難看的傳輸?shù)男枨缶€，”賓德鮑爾說。

發(fā)展 TAE 的聚變愿景還導(dǎo)致該公司將其加速器束和電源管理技術(shù)衍生的應(yīng)用程序快速商業(yè)化。例如，Binderbauer 指出，TAE Life Sciences 利用 TAE 的加速器光束提供一種生物靶向治療方式，以解決多中心、擴(kuò)散和無法手術(shù)的癌癥。此外，TAE 目前正在移動和固定市場發(fā)展合作伙伴關(guān)系，以擴(kuò)大電動汽車的續(xù)航里程、效率和更快的充電速度，以及在住宅、商業(yè)、工業(yè)和公用事業(yè)規(guī)模的電網(wǎng)應(yīng)用中的部署。

審核編輯 黃昊宇