TAE Technologies - TAE Technologies
| Anteriormente | Tri Alpha Energy, Inc. |
|---|---|
| Modelo | Privado |
| Indústria | Poder de fusão |
| Fundado | Abril de 1998 |
| Fundadores | |
| Quartel general | Foothill Ranch, Califórnia , Estados Unidos |
Pessoas chave |
|
Número de empregados |
150 |
| Subsidiárias | TAE Life Sciences |
| Local na rede Internet | www |
TAE Technologies , anteriormente Tri Alpha Energy , é uma empresa americana com sede em Foothill Ranch, Califórnia , criada para o desenvolvimento de energia de fusão aneutrônica . O projeto da empresa se baseia em uma configuração reversa de campo (FRC), que combina recursos de outros conceitos de fusão de uma maneira única. Seu objetivo é fabricar um protótipo de reator de fusão comercial até 2030.
A empresa foi fundada em 1998 e é apoiada por capital privado. Eles operaram como uma empresa furtiva por muitos anos, abstendo-se de lançar seu site até 2015. A empresa geralmente não discutia o progresso nem qualquer cronograma para a produção comercial. No entanto, registrou e renovou várias patentes. Publica regularmente resultados teóricos e experimentais em revistas acadêmicas com mais de 150 publicações e pôsteres em conferências científicas nos últimos cinco anos. O TAE tem uma biblioteca de pesquisa que hospeda esses artigos em seu site.
Organização
Em 2014, a TAE Technologies supostamente tinha mais de 150 funcionários e arrecadou mais de $ 150 milhões, muito mais do que qualquer outra empresa privada de pesquisa de energia de fusão ou a grande maioria de laboratórios governamentais financiados pelo governo federal e programas universitários de fusão. O financiamento principal veio da Goldman Sachs e de capitalistas de risco , como o co-fundador da Microsoft Paul Allen 's Vulcan Inc. , Rockefeller 's Venrock e Richard Kramlich's New Enterprise Associates . O Governo da Rússia , por meio da sociedade anônima Rusnano , investiu na Tri Alpha Energy em outubro de 2012, e Anatoly Chubais , CEO da Rusnano, passou a fazer parte do conselho. Outros investidores incluem o Wellcome Trust e a Kuwait Investment Authority .
Desde 2014, a TAE Technologies tem trabalhado com o Google para desenvolver um processo para analisar os dados coletados sobre o comportamento do plasma em reatores de fusão. Em 2017, usando uma ferramenta de aprendizado de máquina desenvolvida por meio da parceria e baseada no "Algoritmo do Optometrista", TAE foi capaz de encontrar melhorias significativas na contenção e estabilidade do plasma em relação à máquina C-2U anterior. Os resultados do estudo foram publicados em Relatórios Científicos . Ernest Moniz , o ex -secretário de Energia dos Estados Unidos no Departamento de Energia dos EUA , juntou-se ao conselho de administração da empresa em maio de 2017. Em julho de 2017, a empresa relatou que havia levantado mais de US $ 500 milhões em apoio. Em novembro de 2017, a empresa foi admitida em um programa de Impacto Computacional Inovador e Novo em Teoria e Experimento do Departamento de Energia dos Estados Unidos , que permitiu o acesso da empresa ao supercomputador Cray XC40 . Em 2020, a empresa havia levantado mais de US $ 600 milhões e, em 2021, cerca de US $ 880 milhões.
Steven Specker deixou o cargo de CEO em julho de 2018. Michl Binderbauer mudou de CTO para CEO após a aposentadoria de Specker. Specker permanecerá como membro do conselho e conselheiro.
TAE Life Sciences
Em março de 2018, a TAE Technologies anunciou que havia levantado $ 40 milhões para criar uma subsidiária focada no refinamento da terapia de captura de nêutrons de boro (BNCT) para o tratamento do câncer. A subsidiária é denominada TAE Life Sciences e recebeu financiamento liderado pela ARTIS Ventures. A TAE Life Sciences também anunciou que faria parceria com a Neuboron Medtech, que será a primeira a instalar o sistema de vigas da empresa. A empresa compartilha membros comuns do conselho com a TAE Technologies e é liderada por Bruce Bauer.
Projeto
Teoria subjacente
Nas abordagens de fusão da linha principal, a energia necessária para permitir as reações, a barreira de Coulomb , é fornecida pelo aquecimento do combustível de fusão a milhões de graus. Nesse combustível, os elétrons se desassociam de seus íons , para formar uma mistura semelhante a um gás conhecida como plasma . Em qualquer mistura gasosa, as partículas serão encontradas em uma ampla variedade de energias, de acordo com a distribuição de Maxwell-Boltzmann . Nestes sistemas, a fusão ocorre quando duas das partículas de maior energia na mistura colidem aleatoriamente. Manter o combustível junto por tempo suficiente para que isso ocorra é um grande desafio.
O projeto do TAE é basicamente baseado em outra abordagem, fusão de feixe de colisão ou CBF. No CBF, o combustível não está na forma de plasma, mas consiste em um fluxo de partículas individuais de um acelerador de partículas . Nessa abordagem, cada íon tem a energia necessária para sofrer a fusão. Na maioria dos projetos, dois desses feixes são criados e direcionados um ao outro, com a fusão ocorrendo no ponto de colisão. Infelizmente, é muito fácil demonstrar que o número de eventos de fusão que ocorrem em tais sistemas é muito menor do que o número de vezes que as partículas simplesmente ricocheteiam umas nas outras ou se espalham . Mesmo que as reações que ocorrem sejam muito poderosas, elas não podem compensar as perdas dessas partículas que se espalham.
Para que esse sistema funcione, as partículas que se espalham devem ser coletadas de alguma forma para que possam sofrer chances adicionais de colisão, no mínimo milhares de vezes. Várias abordagens foram sugeridas, principalmente o conceito de migma da década de 1970. Migma usou um arranjo magnético único que naturalmente levou as partículas a orbitarem um tanque de armazenamento, de modo que passassem constantemente pelo meio. No entanto, foi mostrado que a densidade máxima permitida em qualquer dispositivo prático era muito baixa para ser útil.
Design de TAE
O design do TAE é basicamente um CBF, mas difere na maneira como mantém as partículas injetadas armazenadas. Em vez de um tanque magnético, o design TAE forma uma configuração de campo invertido (FRC), um toroide giratório auto-estabilizado de partículas semelhante a um anel de fumaça . No sistema TAE, o anel é feito o mais fino possível, com a mesma proporção de uma lata aberta . Os aceleradores de partículas injetam íons de combustível tangencialmente à superfície do cilindro, onde eles reagem ou são capturados no anel como combustível adicional.
Ao contrário de outros dispositivos de fusão de confinamento magnético , como o tokamak , os FRCs fornecem uma topologia de campo magnético em que o campo axial dentro do reator é revertido por correntes parasitas no plasma, em comparação com o campo magnético ambiente externamente aplicado por solenóides. O FRC é menos sujeito a instabilidades magneto - hidrodinâmicas e de plasma do que outros métodos de fusão por confinamento magnético. A ciência por trás do reator de fusão de feixe de colisão é usada nos projetos C-2, C-2U e C-2W da empresa.
Um conceito chave no sistema TAE é que o FRC é mantido em um estado útil por um longo período. Para fazer isso, os aceleradores injetam o combustível de forma que, quando as partículas se espalham dentro do anel, façam com que o combustível que já está lá acelere na rotação. Este processo normalmente aumentaria lentamente a carga positiva da massa de combustível, então elétrons também são injetados para manter a carga quase neutralizada.
O FRC é mantido em uma câmara de vácuo cilíndrica do tamanho de um caminhão contendo solenóides . Parece que o FRC será então comprimido, seja usando compressão adiabática semelhante àquelas propostas para sistemas de espelhos magnéticos na década de 1950, ou forçando dois desses FRCs juntos usando um arranjo semelhante.
O projeto deve atingir o limite "quente o suficiente / longo o suficiente" (HELE) para obter a fusão. A temperatura necessária é de 3 bilhões de graus Celsius (~ 250 keV), enquanto a duração necessária (alcançada com C2-U) é de vários milissegundos.
A reação aneutrônica 11 B ( p , α) αα
Um componente essencial do projeto é o uso de "combustíveis avançados", ou seja, combustíveis com reações primárias que não produzem nêutrons , como hidrogênio e boro-11 . Os produtos de fusão FRC são todos partículas carregadas para as quais a conversão de energia direta altamente eficiente é viável. O fluxo de nêutrons e a radioatividade local associada são virtualmente inexistentes. Portanto, ao contrário de outras pesquisas de fusão nuclear envolvendo deutério e trítio , e ao contrário da fissão nuclear , nenhum resíduo radioativo é criado. O hidrogênio e o combustível boro-11 usados nesse tipo de reação também são muito mais abundantes.
TAE Technologies se baseia na reação 11 B ( p , α) αα limpa, também escrita 11 B ( p , 3α), que produz três núcleos de hélio chamados partículas α (daí o nome da empresa) como segue:
| 1 p + 11 B | → | 12 C | |||
| 12 C | → | 4 ele | + | 8 Be | |
| 8 Be | → | 2 | 4 ele |
Um próton (idêntico ao núcleo de hidrogênio mais comum) atingindo o boro-11 cria uma ressonância no carbono-12 , que decai emitindo uma partícula α primária de alta energia . Isso leva ao primeiro estado excitado do berílio-8 , que decai em duas partículas α secundárias de baixa energia . Este é o modelo comumente aceito na comunidade científica, uma vez que os resultados publicados representam um experimento de 1987.
TAE afirmou que os produtos da reação deveriam liberar mais energia do que normalmente se imagina. Em 2010, Henry R. Weller e sua equipe do Triangle Universities Nuclear Laboratory (TUNL) usaram a fonte de raios γ de alta intensidade (HIγS) na Duke University , financiada pelo TAE e pelo Departamento de Energia dos EUA, para mostrar que o mecanismo primeiro proposto por Ernest Rutherford e Mark Oliphant em 1933, então Philip Dee e CW Gilbert do Laboratório Cavendish em 1936, e os resultados de um experimento conduzido por pesquisadores franceses do IN2P3 em 1969, estavam corretos. O modelo e o experimento previram duas partículas α de alta energia de energia quase igual. Uma era a partícula α primária e a outra uma partícula α secundária, ambas emitidas em um ângulo de 155 graus. Também é emitida uma terceira partícula α secundária, de menor energia.
Conversor de ciclotron inverso (ICC)
Os sistemas de conversão de energia direta para outros geradores de energia de fusão, envolvendo placas coletoras e " venezianas " ou uma longa cavidade linear de micro-ondas preenchida com um campo magnético de 10 Tesla e retennas , não são adequados para fusão com energias iônicas acima de 1 MeV . A empresa empregava um dispositivo muito mais curto, um conversor de ciclotron inverso (ICC) que operava a 5 MHz e exigia um campo magnético de apenas 0,6 tesla. O movimento linear dos íons do produto de fusão é convertido em movimento circular por uma cúspide magnética. A energia é coletada das partículas carregadas à medida que elas passam pelos eletrodos quadrupolo . Coletores mais clássicos coletam partículas com energia inferior a 1 MeV.
A estimativa da razão entre a energia de fusão e a perda de radiação para um FRC de 100 MW foi calculada para diferentes combustíveis, assumindo uma eficiência do conversor de 90% para partículas α, 40% para radiação Bremsstrahlung por efeito fotoelétrico e 70% para os aceleradores , com bobinas magnéticas supercondutoras 10T:
- Q = 35 para deutério e trítio
- Q = 3 para deutério e hélio-3
- Q = 2,7 para hidrogênio e boro-11
- Q = 4,3 para hidrogênio polarizado e boro-11.
A polarização de spin aumenta a seção transversal de fusão por um fator de 1,6 para 11 B. Um aumento adicional em Q deve resultar do momento de quadrupolo nuclear de 11 B. E outro aumento em Q também pode resultar do mecanismo que permite a produção de um secundário partícula α de alta energia.
A TAE Technologies planeja usar a reação p - 11 B em seu FRC comercial por razões de segurança e porque os sistemas de conversão de energia são mais simples e menores: uma vez que nenhum nêutron é liberado, a conversão térmica é desnecessária, portanto, não há trocador de calor ou turbina a vapor .
Os reatores "do tamanho de um caminhão" de 100 MW projetados nas apresentações do TAE são baseados nesses cálculos.
Projetos
CBFR-SPS
O CBFR-SPS é uma classe de 100 MW, com configuração de campo magnético invertido e conceito de foguete de fusão aneutrônico . O reator é alimentado por uma mistura de íons energéticos de hidrogênio e boro ( p - 11 B). Os produtos de fusão são íons de hélio (partículas α) expelidos axialmente para fora do sistema. partículas α fluindo em uma direção são desaceleradas e sua energia diretamente convertida para alimentar o sistema; e as partículas expelidas na direção oposta fornecem impulso . Como os produtos da fusão são partículas carregadas e não liberam nêutrons, o sistema não requer o uso de um escudo de radiação maciço .
C-2
Vários experimentos foram conduzidos pela TAE Technologies no maior dispositivo toróide compacto do mundo chamado "C-2". Os resultados passaram a ser publicados regularmente em 2010, com artigos incluindo 60 autores. Os resultados do C-2 mostraram temperaturas de íons de pico de 400 elétron-volts (5 milhões de graus Celsius), temperaturas de elétrons de 150 elétron-volt , densidades de plasma de 1E19 m- 3 e 1E9 nêutrons de fusão por segundo por 3 milissegundos.
Cooperação russa
O Instituto Budker de Física Nuclear , em Novosibirsk , construiu um poderoso injetor de plasma, enviado no final de 2013 para as instalações de pesquisa da empresa. O dispositivo produz um feixe neutro na faixa de 5 a 20 MW e injeta energia dentro do reator para transferi-la para o plasma de fusão.
C-2U
Em março de 2015, o C-2U atualizado com feixes de polarização de borda mostrou uma melhoria de 10 vezes na vida útil, com FRCs aquecidos a 10 milhões de graus Celsius e durando 5 milissegundos sem nenhum sinal de deterioração. O C-2U funciona disparando dois plasmas em forma de rosca um contra o outro a 1 milhão de quilômetros por hora, o resultado é um FRC em forma de charuto com 3 metros de comprimento e 40 centímetros de diâmetro. O plasma foi controlado com campos magnéticos gerados por eletrodos e ímãs em cada extremidade do tubo. O sistema de feixe de partículas atualizado forneceu 10 megawatts de energia.
C-2W / Norman
Em 2017, a TAE Technologies rebatizou o reator C-2W de "Norman" em homenagem ao cofundador da empresa, Norman Rostoker, que morreu em 2014. Em julho de 2017, a empresa anunciou que o reator Norman havia alcançado plasma. O reator Norman é supostamente capaz de operar em temperaturas entre 50 milhões e 70 milhões de ° C. Em fevereiro de 2018, a empresa anunciou que, após 4.000 experimentos, havia atingido uma temperatura elevada de quase 20 milhões ° C. Em 2018, a TAE Technologies fez parceria com a equipe de Ciências Aplicadas do Google para desenvolver a tecnologia dentro de Norman para maximizar a temperatura do elétron, com o objetivo de demonstrar a fusão de equilíbrio. Em 2021, a TAE Technologies afirmou que Norman estava produzindo regularmente um plasma estável em temperaturas acima de 50 milhões de graus, atingindo um marco importante para a máquina e desbloqueando um financiamento adicional de $ 280 milhões, elevando seu total de financiamento arrecadado para $ 880 milhões.
Copérnico
O dispositivo Copernicus envolve a fusão de deutério-trítio e espera-se que atinja o ganho líquido de energia. O custo aproximado do reator é de US $ 200 milhões, e pretende-se atingir temperaturas em torno de 100 milhões ° C. A TAE pretende iniciar a construção em 2020 e iniciar os testes em 2023.
Da Vinci
O dispositivo Da Vinci é um dispositivo proposto sucessor do Copernicus. É um protótipo reactor de energia de fusão comercialmente escalável concebido para preencher entre a DT e um p - 11 combustível B. Condicional ao sucesso do Copernicus, ele será desenvolvido na segunda metade da década de 2020 e será projetado para atingir um plasma de 3 bilhões de ° C, manter um combustível próton-boro estável e produzir energia de fusão.
Veja também
- Reator de teste de engenharia de fusão da China
- Commonwealth Fusion Systems
- Foco de plasma denso
- Fusion Industry Association
- Fusão Geral
- Polywell
- Tokamak esférico para produção de energia