耶稣罗梅罗,首席科学家TAE技术,还是个孩子的时候,他的父亲曾带回家每个星期天的报纸。里面是一个小的报纸包括游戏的孩子。游戏通常是迷宫,目标是帮助一个卡通动物找到合适的路径通过各种“危险”到最后奖。罗梅罗很快认识到,游戏更容易解决如果你开始结束时,工作方式落后。他告诉这个故事作为描述一个累积海报TAE在加州的入口处。海报特性公司的后期技术的联合创始人,诺曼Rostoker,牛仔帽,和引用:“我们开始带着目的。”
核聚变能源不产生空气污染,没有核泄漏的威胁,温室气体排放为零,不会产生长期放射性废物。
最后,TAE记住核聚变发电是安全的。核聚变能量是一个很多的目标一直努力了几十年。但时间轴实现地面融合在很大程度上取决于科学技术赶上,现在急剧增加。一旦实现,融合将提供廉价、绿色、几乎无穷无尽的能量,改变社会。
现有的核电站使用裂变,原子的分裂。在原子融合,被迫加入。这是一个更艰巨的任务但释放更多的能量。明星,包括太阳,都由核聚变。核聚变能源不产生空气污染,没有核泄漏的威胁,温室气体排放为零,不会产生长期放射性废物。
TAE诺曼公布,其第五代核聚变装置,在2017年7月。图片来源:TAE
流行的方法融合两种类型的氢原子:氘,一个质子和一个中子的原子核,和氚,它有一个质子和两个中子。质子带正电,互相排斥。融合需要足够的压力和热量高速碰撞。所需的热量,数亿摄氏度,足以融化任何可能包含plasma-an电离气体中电子和原子核独立飞来飞去。强磁场用于中心等离子反应堆内部,远离墙壁。
大多数氘氚核反应堆是环形线圈,一个甜甜圈形状的几何术语。这些系统面临的挑战包括需要氘氚处理设施,氚的极其有限的可用性,和超导磁铁的大小和成本。
TAE团队意识到有一个不同的方式。他们开始与结束:一个真正安全的反应堆会是什么样子?他们得出的结论是,唯一的答案是使用hydrogen-boron融合。这种反应只发出三个氦核,也称为αparticles-hence TAE的原始名称、三α税赋x射线,可以捕获发电通过加热金属板导致液体有限公司2蒸发和驱动涡轮机。
碰撞的过程
Rostoker,他是加州大学的物理学教授欧文;他的学生本Binderbauer;,每个人都参与公司的早期开始解决问题在1990年代早期,TAE成立于1998年。Binderbauer现在是该公司的首席执行官。TAE已申请或获得超过1400项专利和收到超过7.5亿美元的风险投资。他们现在已经运行超过100000个实验和雇佣大约200人来自30多个国家。他们目前在第五代实验反应堆,名叫诺曼,Rostoker末之后。
TAE的融合平台是一个field-reversed配置(FRC),直20米长的管周围的环形磁铁。气体从两端向高速。TAE计划最终使用氢和硼的混合物,但是直到他们达到足够的温度,他们使用氢和氘。
流碰撞和合并,并开始旋转。一组八个加速器束外的中央室拍摄中性particles-deuterium-at等离子体,它加热,使其旋转。当等离子体旋转时,它会创建自己的磁场,帮助保持控制。
当两个粒子飞过去,他们的正面撞击和融合的机会非常渺茫。这就是为什么反应堆保持等离子体包含和循环。“这给了粒子碰撞的可能性更大,”Romero说道。问题在于,等离子体不稳定,想要分散。
详细呈现field-reversed配置。图片来源:TAE
现场工作
保持反应需要经常测量和调整。室周围环绕着300多磁传感器用来推断等离子体的形状和位置。电脑与定制的现场可编程门阵列(fpga)不断收集数据,然后使用它来控制磁铁形状的等离子体。整个detection-reaction循环需要发生在10微秒,或10/1000000秒。
诺曼为传感和控制使用七fpga模块。四个采集模块接收来自传感器和浓缩信息的输入20个数字描述等离子体的当前状态,发送到一个通信模块。这两个控制模块发送信息,决定如何调整等离子体的状态,并通过信号磁铁。fpga都用MATLAB编程®和仿真软金宝app件®。
测量每个等离子体粒子是不可能的,所以系统发现等离子体的位置在一个“状态空间”,使用少量的变量描述它。它本质上是一个抽象的模型等离子体。采集系统的一部分的工作是利用磁传感器的输入【找到20维状态空间的等离子体的位置。表明它可以在规定的时间内这样做,MathWorks收购被要求设计一个算法的fpga将1000个数字乘以1000数字在10微秒。
“我已经为在过去的三十年中,设计fpga和让他们跑的快是一个挑战,”乔纳森说年轻,MathWorks技术顾问。
因为fpga并行回路,程序员需要编排的时间计算,每一步接收所有的输入。年轻的模型用于视觉移动金宝app的逻辑块,与虚拟电线连接它们,观察它们的时机。就像设计一个城市网格以减少交通。然后MATLAB算法转换成代码用于配置FPGA。
“我们基本上是写这本书关于FRC控制。”
耶稣罗梅罗,首席科学家在TAE技术
经常修改反应堆的能力使TAE快速操作调整和快速吸收新的想法。图片来源:TAE
最后,数学下来3微秒。“神奇的部分只是完成,许多计算快,”年轻人说。“TAE需要计算完成在不到10微秒,和我们能够击败这一目标。”
采集和控制模块的设计Speedgoat使用Xilinx®fpga。“我们从来没有如此巨大的设置中,“帕特里克·赫齐格说,Speedgoat FPGA技术主管。而诺曼使用七个模块,一个典型的项目使用。和TAE希望包括诊断信号不仅仅是磁传感器。
罗梅罗说,“我们将触角控制越来越多的东西,如等离子体密度。我们基本上是写这本书关于FRC控制。”
最后是绿色的
TAE正在稳步推进。尽管超高温等离子体物理的挑战,FRCs的一个优点是,它们比经典机械简单的建造和维护toroidal-shaped反应堆。罗梅罗回忆之前邀请游客设施的融合设备建成,向他们展示一个空房间。“我们要建造这几年,我们将一切都准备好了,”他回忆说。“和他们的反应是,‘没有办法。”,我们带他们回去一年之后,我们有系统启动并运行,这是令人兴奋的。”
TAE的先进的控制室。图片来源:TAE
TAE已经证明了他们能积极控制等离子体。他们也证明了实验操作的规模增加更多的权力,温度不高原。最难的问题是什么可能的回答。而不是扩大,却发现潜在的想法不工作,“我们相信我们所说的先失败,”Romero说道。“这没有意义的延迟问题直到最后。”
TAE的下一个核聚变装置,哥白尼,目前正在开发中。是reactor-scale平台设计运行在大约1亿摄氏度,大约在同一温度所需的氘氚聚变(然而,哥白尼不会受氚)。然后TAE计划构建一个原型车叫达芬奇展现净能量增益hydrogen-boron燃料循环的意义反应可以产生更多的能量比放进去。
“我们正在提供一个全面的解决方案的业务向无碳经济过渡。”
耶稣罗梅罗,首席科学家在TAE技术
运行一个简单的试验所需的功率比是分配给商业办公空间,所以TAE不得不成为专家在电源管理,存储和部署战略。他们现在在谈判将这些创新商业化。最后他们记住之外聚变动力反应堆。
“我们不仅仅是在发电业务,”Romero说道。“我们正在提供一个全面的解决方案的业务向无碳经济过渡。它并不重要,如果你提供所有的电力。如果你还有基于汽油汽车,然后你不解决这个问题。”
