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當(dāng)TAE Technologies首席科學(xué)家Jesús Romero當(dāng)他還是個(gè)孩子的時(shí)候，他的父親每周日都會(huì)帶報(bào)紙回家。報(bào)紙里有一張給孩子看的小報(bào)紙，上面有益智游戲。游戲通常是走迷宮，幫助卡通動(dòng)物找到正確的路徑，通過各種危險(xiǎn)獲獎(jiǎng)。Romero很快就發(fā)現(xiàn)，如果從迷宮出口反向推測(cè)，問題就會(huì)很容易解決。他講述這個(gè)故事主要是作為一個(gè)引子引出的。TAE公司(位于加州)入口處的海報(bào)。海報(bào)人物是該公司已故技術(shù)的聯(lián)合創(chuàng)始人Norman Rostoker，他戴著牛仔帽，海報(bào)上還引用了他的一句話：以結(jié)果為導(dǎo)向，心有遠(yuǎn)見，方得始終。”

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TAE 最終目標(biāo)是安全利用核聚變能源。使用核聚變能源是許多人幾十年來(lái)一直在努力的目標(biāo)。然而，真正利用核聚變能源的時(shí)間在很大程度上取決于技術(shù)是否能趕上科學(xué)的發(fā)展，而科學(xué)現(xiàn)在正在加速指數(shù)級(jí)的發(fā)展。一旦實(shí)現(xiàn)，核聚變將提供低、綠色、幾乎無(wú)窮無(wú)盡的能源，為社會(huì)帶來(lái)深刻的變化。

現(xiàn)有的核電站使用核裂變，即原子分裂。在核聚變中，原子聚合在一起。這項(xiàng)任務(wù)要困難得多，但釋放的能量要多得多。包括太陽(yáng)在內(nèi)的恒星都是由核聚變驅(qū)動(dòng)的。核聚變能源不會(huì)造成空氣污染，沒有核熔化的威脅，溫室氣體排放為零，不會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)期放射性廢物。

TAE第五代核聚變裝置于2017年7月推出Norman。圖片所有權(quán)：TAE

現(xiàn)在流行的方法是讓以下兩種類型的氫原子產(chǎn)生核聚變反應(yīng)核中有一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子；一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子。核聚變需要足夠的壓力和熱量才能使原子核高速碰撞。所需的熱量約為數(shù)億攝氏度，足以熔化任何可能含有等離子體的物質(zhì)——等離子體是一種獨(dú)立飛行的電離氣體。強(qiáng)磁場(chǎng)用于將等離子體集中在反應(yīng)堆中，遠(yuǎn)離裝置壁。

大多數(shù)反應(yīng)堆都是圓圈（圓形幾何術(shù)語(yǔ)）。這些系統(tǒng)面臨著許多問題和挑戰(zhàn)，包括設(shè)計(jì)和生產(chǎn)極其有限的可用性、超導(dǎo)磁體的尺寸和成本。

TAE團(tuán)隊(duì)意識(shí)到有不同的實(shí)現(xiàn)方式。他們開始思考以結(jié)果為導(dǎo)向的解決方案：真正安全的反應(yīng)堆是什么樣子的？他們得出結(jié)論，唯一的答案是使用氫硼聚變。這種反應(yīng)只釋放三個(gè)氦核，也稱為α粒子(這也是TAE的全名Tri Alpha Energy以及X射線，液體可以通過加熱金屬板制成CO蒸發(fā)并驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)捕獲發(fā)電。

碰撞過程

Norman Rostoker，曾任加州大學(xué)歐文分校物理學(xué)教授，他的學(xué)生Michl Binderbauer，以及公司初期的每個(gè)人，都致力于在1990年代初解決這個(gè)問題，并于1998年成立TAE，Binderbauer現(xiàn)在是公司的首席執(zhí)行官。TAE已申請(qǐng)并獲得1400多項(xiàng)專利，并獲得7.5億美元的風(fēng)險(xiǎn)投資。他們已經(jīng)進(jìn)行了1萬(wàn)多次實(shí)驗(yàn)，目前在全球30多個(gè)國(guó)家/地區(qū)擁有約200名員工。目前，他們正致力于第五代實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆的研究。Rostoker命名，命名Norman。

TAE聚變平臺(tái)是場(chǎng)反轉(zhuǎn)配置 (FRC, field-reversed configuration)、圓形磁鐵被20米長(zhǎng)的直管包圍，氣體從每一端高速噴射。TAE氫和硼的混合物最終計(jì)劃使用，但在達(dá)到足夠的溫度之前，它們將使用氫和鍶。

氣流碰撞并合并，然后開始旋轉(zhuǎn)。中央腔室外的一組八個(gè)加速器光束向等離子體發(fā)射中性粒子 - 從而加熱等離子體并保持其旋轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)入x子體旋轉(zhuǎn)時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生自己的磁場(chǎng)，幫助自己保持約束。

當(dāng)兩顆粒飛過對(duì)方時(shí)，它們正面沖擊和聚變的機(jī)會(huì)非常渺茫。這就是為什么反應(yīng)堆保持等離子體受到約束和旋轉(zhuǎn)。它增加了顆粒碰撞的可能性，Romero 問題是等離子體不穩(wěn)定，想要擴(kuò)散。

詳細(xì)介紹了場(chǎng)反轉(zhuǎn)配置。圖片所有權(quán)：TAE

現(xiàn)場(chǎng)工作

持續(xù)的反應(yīng)需要不斷的測(cè)量和調(diào)整。腔室周圍有300多個(gè)磁傳感器來(lái)推斷內(nèi)部等離子體的形狀和位置。定制的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 (FPGA) 計(jì)算機(jī)不斷收集數(shù)據(jù)，并使用它來(lái)控制磁鐵形成等離子體。整個(gè)檢測(cè)-反應(yīng)循環(huán)需要在10微秒或100萬(wàn)分之一秒內(nèi)發(fā)生。

Norman使用七個(gè)基礎(chǔ)FPGA傳感和控制模塊。四個(gè)采集模塊接收來(lái)自傳感器的輸入信息，并將信息濃縮成描述等離子體當(dāng)前狀態(tài)的20個(gè)數(shù)字。這些信息通過通信模塊發(fā)送到兩個(gè)控制模塊，決定如何調(diào)整等離子體狀態(tài)并將其信號(hào)傳輸給磁鐵。在整個(gè)系統(tǒng)中FPGA均使用MATLAB和Simulink進(jìn)行編程。

反應(yīng)堆的頻繁修改能力使反應(yīng)堆的頻繁修改能力TAE能夠快速調(diào)整操作，快速融入新思路。圖片所有權(quán):TAE

最后，數(shù)字下降到3微秒。Young令人驚訝的是，這么快就完成了這么多計(jì)算，而且TAE我們相信這個(gè)目標(biāo)可以在10微秒內(nèi)完成計(jì)算。

采集和控制模塊Speedgoat使用Xilinx FPGA設(shè)計(jì)。Speedgoat FPGA技術(shù)負(fù)責(zé)人Patrick Herzig說：我們從未有過如此龐大的配置。Norman一個(gè)項(xiàng)目通常只使用七個(gè)模塊，TAE不僅僅是磁傳感器的診斷信號(hào)，還有其他信號(hào)。

Romero我們正在擴(kuò)大研究范圍，希望控制等離子體密度等越來(lái)越多的參數(shù)和指標(biāo)。我們的工作基本上涉及到FRC控制的各個(gè)方面。

最終目標(biāo)是綠色無(wú)污染

TAE這一進(jìn)程正在穩(wěn)步推進(jìn)。超高溫等離子體雖然面臨物理挑戰(zhàn)，但卻面臨物理挑戰(zhàn)FRC其優(yōu)點(diǎn)之一是比經(jīng)典的環(huán)形反應(yīng)堆更容易建造和維護(hù)機(jī)械。Romero回憶起邀請(qǐng)客戶參觀工廠的情況，他們向客戶展示了一個(gè)空房間，并表示將在這里建造一個(gè)核聚變裝置。我們將在這里建造核聚變裝置，幾年后一切都會(huì)到位，他記得當(dāng)時(shí)告訴客戶。客戶的反應(yīng)是‘不可能’。一年后，我們邀請(qǐng)他們?cè)俅我娮C系統(tǒng)的啟動(dòng)和運(yùn)行，他們感到震驚。”

TAE先進(jìn)的控制室。圖片所有權(quán)：TAE

TAE現(xiàn)在證明他們可以主動(dòng)控制等離子體。它們還證實(shí)了這些實(shí)驗(yàn)具有良好的可擴(kuò)展性，溫度不會(huì)隨著能量的增加而停滯不前。可以說，探索這種未知可能性最困難的問題已經(jīng)得到了回答。與可擴(kuò)展性相比，一個(gè)想法是否可行更為關(guān)鍵。Romero我們所遵循的原則可以稱為試錯(cuò)優(yōu)先。把最精彩的表演推遲到最后是不明智的。”

TAE下一個(gè)聚變裝置 Copernicus， 目前正在研發(fā)中。它是一個(gè)反應(yīng)堆規(guī)模的平臺(tái)，設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度約為1億攝氏度，大致與鍶聚變所需的溫度相同(但是，Copernicus 將不會(huì)用作燃料)。然后，TAE 計(jì)劃建一個(gè)名字 DaVinci 最終原型顯示了氫硼燃料循環(huán)的凈能量增益，這意味著聚變反應(yīng)比投入其中的能量產(chǎn)生更多的能量。

操作簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)所需的電力將超過分配給商業(yè)辦公空間的電力，因此 TAE 必須是電力管理Microsemi代理專家們有戰(zhàn)略地儲(chǔ)存和部署電力。他們現(xiàn)在正在討論將這些創(chuàng)新商業(yè)化，他們的最終目標(biāo)不限于聚變能量反應(yīng)堆。

我們不僅從事發(fā)電業(yè)務(wù)，Romero我們致力于為非碳經(jīng)濟(jì)的過渡提供全面的解決方案。我們能否在發(fā)電領(lǐng)域領(lǐng)先并不重要。只要有燃料汽車，問題就不會(huì)真正解決。