当Jesús Romero，首席科学家TAE技术当他还是个孩子的时候，他父亲每周日都会带一份报纸回家。里面是一张给孩子们的小报纸，上面有拼图。谜题通常是迷宫，目标是帮助卡通动物找到正确的路径，通过各种“危险”，最终到达奖品。Romero很快意识到，如果你从最后开始，然后往回走，谜题就更容易解决。他讲这个故事是为了描述加利福尼亚大益医院入口处的一张海报。海报上是该公司已故的技术联合创始人诺曼·罗斯托克(Norman Rostoker)，他头戴牛仔帽，并引用了一句名言:“我们开始时就想着结束。”
核聚变能源不会造成空气污染，不会造成核熔毁的威胁，温室气体排放为零，也不会产生长期的放射性废物。
TAE的目标是安全的核聚变动力。核聚变动力是许多人几十年来一直在努力的目标。但实现地球核聚变的时间表在很大程度上取决于技术赶上科学，而科学现在正呈指数级加速发展。一旦实现，核聚变将提供廉价、绿色、几乎无穷无尽的能源，并改变社会。
现有的核电站使用裂变，即原子的分裂。在核聚变中，原子被迫结合。这是一个更困难的任务，但释放更多的能量。包括太阳在内的恒星都是由核聚变提供能量的。核聚变能源不会造成空气污染，不会造成核熔毁的威胁，温室气体排放为零，也不会产生长期的放射性废物。
TAE在2017年7月推出了第五代融合设备Norman。图片来源:TAE
目前流行的方法是将两种类型的氢原子融合在一起:氘(原子核中有一个质子和一个中子)和氚(原子核中有一个质子和两个中子)。质子带正电，互相排斥。核聚变需要足够的压力和热量才能使它们高速碰撞。所需的热量高达几亿摄氏度足以熔化任何可能包含等离子体的东西。等离子体是一种电子和原子核独立飞行的电离气体。强磁场被用来将等离子体集中在反应堆内部，远离反应堆壁。
大多数氘氚反应堆都是环形的，这是环形的几何术语。这些系统面临的挑战包括对氘氚处理设施的需求，氚的可用性极其有限，以及超导体磁体的尺寸和成本。
TAE团队意识到有另一种方法。他们一开始就有这样的想法:一个真正安全的反应堆应该是什么样的?他们得出结论，唯一的答案是使用氢硼聚变。这个反应只释放出3个氦核，也被称为粒子——因此TAE的原名是三α能量和x射线，可以通过加热金属板产生液态CO来捕获它们来发电2汽化并驱动涡轮机
碰撞的过程
罗斯托克是加州大学欧文分校的物理学教授;他的学生米希尔·宾德鲍尔;公司早期的每个人都在90年代初开始解决这个问题，并在1998年成立了TAE。宾德鲍尔现在是公司的首席执行官。TAE已经申请或获得1400多项专利，并获得超过7.5亿美元的风险投资。他们已经进行了超过10万次实验，现在雇佣了来自30多个国家的约200名员工。他们现在使用的是第五代实验反应堆，命名为诺曼，以已故的罗斯托克命名。
TAE的融合平台是场反向配置(FRC)，一个20米长的直管，周围环绕着圆形磁铁。气体从两端高速燃烧。TAE计划最终使用氢和硼的混合物，但在达到足够的温度之前，他们将使用氢和氘。
这些气流相互碰撞，合并并开始旋转。中央室外的一组八束加速器向等离子体发射中性粒子——氘，使等离子体升温并保持旋转。当等离子体旋转时，它会产生自己的磁场，以帮助控制它。
当两个粒子擦肩而过时，它们正面碰撞并融合的几率非常小。这就是为什么反应堆能保持等离子体的封闭和循环。罗梅罗说:“这使得粒子发生碰撞的可能性更大。”问题是等离子体是不稳定的，并且想要扩散。
字段反转配置的详细渲染。图片来源:TAE
现场工作
保持反应持续需要不断的测量和调整。该腔室周围有300多个磁传感器，用于推断内部等离子体的形状和位置。带有定制现场可编程门阵列(fpga)的计算机不断收集数据，并使用它来控制磁铁，然后塑造等离子体。整个探测-反应循环需要在10微秒内发生，也就是百万分之一秒。
Norman使用七个基于fpga的模块进行传感和控制。四个采集模块接收来自传感器的输入，并将信息压缩为20个描述等离子体当前状态的数字，然后将这些数字发送给一个通信模块。然后将信息发送给两个控制模块，控制模块决定如何调整等离子体的状态，并将信号传递给磁铁。fpga全部用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，所以该系统找到等离子体在“状态空间”中的位置，并使用一组小变量来描述它。它本质上是等离子体的一个抽象模型。采集系统的部分工作是利用数百个磁传感器的输入来找到等离子体在20维状态空间中的位置。为了证明它能够在分配的时间内完成这一任务，MathWorks被要求为fpga设计一个采集算法，该算法可以在10微秒内将1000个数字乘以1000个数字。
MathWorks的技术顾问Jonathan Young说:“我已经设计fpga超过30年了，让它们运行得那么快是一个挑战。”
由于fpga具有并行电路，程序员需要协调计算的时间，以便每一步都能及时接收所有输入。Young使用Simu金宝applink在视觉上移动逻辑块，用虚拟电线连接它们，并观察它们的时间。这就像设计一个城市网格来减少交通。然后MATLAB将算法转换为用于配置FPGA的代码。
“我们基本上是在写关于FRC控制的书。”
Jesús Romero, TAE Technologies的首席科学家
频繁修改反应堆的能力使TAE能够做出快速的操作调整，并迅速吸收新的想法。图片来源:TAE
最后，计算时间缩短到3微秒。杨说:“令人惊讶的是，我们能在这么短的时间内完成这么多的计算。”“TAE需要在10微秒内完成计算，而我们能够实现这个目标。”
采集和控制模块的设计Speedgoat使用Xilinx®fpga。Speedgoat的FPGA技术主管Patrick Herzig说:“我们从未有过如此庞大的设备。Norman使用7个模块，而典型的项目只使用一个模块。TAE希望将诊断信号不仅仅包括磁传感器。
罗梅罗说:“我们正在扩展触角，以控制越来越多的东西，比如等离子体密度。我们基本上是在写关于FRC控制的书。”
绿色的尽头
TAE正在稳步前进。尽管超高温等离子体在物理上面临挑战，但frc的一个优势是，与传统的环形反应堆相比，它们在机械上更容易建造和维护。罗梅罗回忆说，在他们的一个核聚变装置建成之前，他曾邀请游客参观他们的设施，并向他们展示了一个空房间。他回忆说:“在这里，我们要建造这个，再过几年，我们就会把一切都准备好。”“他们的反应是，‘不可能。’一年后我们又把它们带回来，我们让这个系统运行起来，这对他们来说是令人兴奋的。”
手术室是最先进的控制室。图片来源:TAE
TAE已经证明他们可以积极控制血浆。他们还证明了实验的规模——当他们增加更多的能量时，温度不会稳定。关于可能性的最困难的问题已经得到了解答。Romero说:“我们相信‘失败第一’，而不是一味扩大规模，最终发现根本的想法行不通。”“把精彩的部分推迟到最后是没有意义的。”
TAE的下一个聚变装置哥白尼目前正在开发中。这是一个反应堆规模的平台，设计在大约1亿摄氏度的温度下运行，大约与氘氚聚变所需的温度相同(不过，哥白尼不会以氚为燃料)。随后，TAE计划建造一个名为“达芬奇”的最终原型，以证明氢硼燃料循环的净能量收益，这意味着反应产生的能量比投入的能量要多。
“我们的业务是为向非碳经济转型提供一个全面的解决方案。”
Jesús Romero, TAE Technologies的首席科学家
运行一个简短实验所需的电力超过分配给商业办公空间的电力，因此TAE必须成为电源管理、存储和战略性部署电力的专家。他们现在正在谈判将这些创新商业化。他们所考虑的目标不只是核聚变动力反应堆。
罗梅罗说:“我们不仅仅是在发电。“我们的业务是为向非碳经济转型提供一个全面的解决方案。你是否提供所有的电力并不重要。如果你仍然有以汽油为基础的汽车，那么你并没有解决问题。”
