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掌握太陽的力量

（2025年4月30日更新）

當TAE Technologies首席科學家Jesús Romero當他還是個孩子的時候，他的父親每周日都會帶報紙回家。報紙里有一張給孩子看的小報紙，上面有益智游戲。游戲通常是走迷宮，幫助卡通動物找到正確的路徑，通過各種危險獲獎。Romero很快就發現，如果從迷宮出口反向推測，問題就會很容易解決。他講述這個故事主要是作為一個引子引出的。TAE公司(位于加州)入口處的海報。海報人物是該公司已故技術的聯合創始人Norman Rostoker，他戴著牛仔帽，海報上還引用了他的一句話：以結果為導向，心有遠見，方得始終。”

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TAE 最終目標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一直在努力的目標。然而，真正利用核聚變能源的時間在很大程度上取決于技術是否能趕上科學的發展，而科學現在正在加速指數級的發展。一旦實現，核聚變將提供低、綠色、幾乎無窮無盡的能源，為社會帶來深刻的變化。

現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。這項任務要困難得多，但釋放的能量要多得多。包括太陽在內的恒星都是由核聚變驅動的。核聚變能源不會造成空氣污染，沒有核熔化的威脅，溫室氣體排放為零，不會產生長期放射性廢物。

TAE第五代核聚變裝置于2017年7月推出Norman。圖片所有權：TAE

現在流行的方法是讓以下兩種類型的氫原子產生核聚變反應核中有一個質子和一個中子；一個質子和兩個中子。核聚變需要足夠的壓力和熱量才能使原子核高速碰撞。所需的熱量約為數億攝氏度，足以熔化任何可能含有等離子體的物質——等離子體是一種獨立飛行的電離氣體。強磁場用于將等離子體集中在反應堆中，遠離裝置壁。

大多數反應堆都是圓圈（圓形幾何術語）。這些系統面臨著許多問題和挑戰，包括設計和生產極其有限的可用性、超導磁體的尺寸和成本。

TAE團隊意識到有不同的實現方式。他們開始思考以結果為導向的解決方案：真正安全的反應堆是什么樣子的？他們得出結論，唯一的答案是使用氫硼聚變。這種反應只釋放三個氦核，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蒸發并驅動渦輪機捕獲發電。

碰撞過程

Norman Rostoker，曾任加州大學歐文分校物理學教授，他的學生Michl Binderbauer，以及公司初期的每個人，都致力于在1990年代初解決這個問題，并于1998年成立TAE，Binderbauer現在是公司的首席執行官。TAE已申請并獲得1400多項專利，并獲得7.5億美元的風險投資。他們已經進行了1萬多次實驗，目前在全球30多個國家/地區擁有約200名員工。目前，他們正致力于第五代實驗反應堆的研究。Rostoker命名，命名Norman。

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

氣流碰撞并合并，然后開始旋轉。中央腔室外的一組八個加速器光束向等離子體發射中性粒子 - 從而加熱等離子體并保持其旋轉。當等離子體旋轉時，它會產生自己的磁場，幫助自己保持約束。

當兩顆粒飛過對方時，它們正面沖擊和聚變的機會非常渺茫。這就是為什么反應堆保持等離子體受到約束和旋轉。它增加了顆粒碰撞的可能性，Romero 問題是等離子體不穩定，想要擴散。

詳細介紹了場反轉配置。圖片所有權：TAE

現場工作

持續的反應需要不斷的測量和調整。腔室周圍有300多個磁傳感器來推斷內部等離子體的形狀和位置。定制的現場可編程門陣列 (FPGA) 計算機不斷收集數據，并使用它來控制磁鐵形成等離子體。整個檢測-反應循環需要在10微秒或100萬分之一秒內發生。

Norman使用七個基礎FPGA傳感和控制模塊。四個采集模塊接收來自傳感器的輸入信息，并將信息濃縮成描述等離子體當前狀態的20個數字。這些信息通過通信模塊發送到兩個控制模塊，決定如何調整等離子體狀態并將其信號傳輸給磁鐵。在整個系統中FPGA均使用MATLAB和Simulink進行編程。

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

最后，數字下降到3微秒。Young令人驚訝的是，這么快就完成了這么多計算，而且TAE我們相信這個目標可以在10微秒內完成計算。

采集和控制模塊Speedgoat使用Xilinx FPGA設計。Speedgoat FPGA技術負責人Patrick Herzig說：我們從未有過如此龐大的配置。Norman一個項目通常只使用七個模塊，TAE不僅僅是磁傳感器的診斷信號，還有其他信號。

Romero我們正在擴大研究范圍，希望控制等離子體密度等越來越多的參數和指標。我們的工作基本上涉及到FRC控制的各個方面。

最終目標是綠色無污染

TAE這一進程正在穩步推進。超高溫等離子體雖然面臨物理挑戰，但卻面臨物理挑戰FRC其優點之一是比經典的環形反應堆更容易建造和維護機械。Romero回憶起邀請客戶參觀工廠的情況，他們向客戶展示了一個空房間，并表示將在這里建造一個核聚變裝置。我們將在這里建造核聚變裝置，幾年后一切都會到位，他記得當時告訴客戶。客戶的反應是‘不可能’。一年后，我們邀請他們再次見證系統的啟動和運行，他們感到震驚。”

TAE先進的控制室。圖片所有權：TAE

TAE現在證明他們可以主動控制等離子體。它們還證實了這些實驗具有良好的可擴展性，溫度不會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得到了回答。與可擴展性相比，一個想法是否可行更為關鍵。Romero我們所遵循的原則可以稱為試錯優先。把最精彩的表演推遲到最后是不明智的。”

TAE下一個聚變裝置 Copernicus，目前正在研發中。它是一個反應堆規模的平臺，設計運行溫度約為1億攝氏度，大致與鍶聚變所需的溫度相同(但是，Copernicus 將不會用作燃料)。然后，TAE 計劃建一個名字 DaVinci 最終原型顯示了氫硼燃料循環的凈能量增益，這意味著聚變反應比投入其中的能量產生更多的能量。

操作簡單實驗所需的電力將超過分配給商業辦公空間的電力，因此 TAE 必須是電力管理Microsemi代理專家們有戰略地儲存和部署電力。他們現在正在討論將這些創新商業化，他們的最終目標不限于聚變能量反應堆。

我們不僅從事發電業務，Romero我們致力于為非碳經濟的過渡提供全面的解決方案。我們能否在發電領域領先并不重要。只要有燃料汽車，問題就不會真正解決。