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三阿尔法能源核聚变技术“里程碑”式的进展

2021-04-30 14:54:00 5e   作者: 镜清 编译  

2021年4月8日,位于美国加州Foothill Ranch,世界最大的私营核聚变能源公司三阿尔法能源(TAE)宣布,它的核聚变技术实现了具有里程碑意义的进展:在一个紧凑型反应堆专利设计的核聚变装置内,在5000万摄氏度以上的温度下产生了稳定的等离子体,这个设计可扩展为具有竞争力的聚变发电装置[1]。它进一步增强了对TAE技术商业化道路的信心,帮助该公司筹集了2.8亿美元的额外资金。加上前几轮融资,目前TAE已从某些全球最富有经验的投资者那里筹集的资金超过8.8亿美元。

世界核新闻、PM、TechCrunch、路透社网站也对此作了报道[2,3]。

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诺曼聚变装置

最新的融资,可直接使TAE走上实现其最新、科学里程碑的道路:从氢-硼(又称H-B11或p-B11)反应核燃料循环,即用地球上最丰富、环保的燃料,提供无碳的基荷能源,有能力保证全球能源需求供应几千年。

这个成功至关重要,证实TAE专利技术有个重要的区分标识:等离子体约束与反应堆温度之间“正”相关,意味着该公司紧凑的线性配置,随着温度升高,改善对等离子体的约束。TAE公司现已证实,通过产生这种稳定的高温等离子体,它的独特方法可以扩展,在十年之内,使商业核聚变发电装置具备经济可行所需的条件。

这次筹集的资金,部分用于开发名为“哥白尼”的示范设施。它的正常运行温度将超过1亿摄氏度,以模拟传统的氘-氚(D-T)燃料循环的净能量生产。哥白尼装置将为TAE公司的技术获得D-T聚变许可提供机会,同时扩展到利用p-B11的最终目标。

所得款项也将用于加快TAE颠覆性电源管理技术的商用化。它源自其聚变项目的电力输出系统,这个技术将用于扩大电动交通工具增程、提效和更快充电,也可用于住宅、商业、工业和公用事业规模的网络。

继续提供这些科学成果,推动TAE以更快的速度获得资金,包括仅在今年已筹集的1.3亿美元。广泛的全球支持,来自现有投资者以及新的战略合作伙伴、主权财富基金(政府)、机构投资者和遍布全球的家族理财室。该公司的股东包括Vulcan、Venrock、NEA、Wellcome Trust、Google、Kuwait Investment Authority,还有Addison Fischer、Art Samberg、Charles Schwab等家族理财室。

TAE根据规划,为实现特定项目目标分批获得资金。这种“按里程碑付款”的方式,使公司在其20多年的发展进程中,都能按时完成(或低于)预算。

商业核聚变里程碑

为公用事业规模的电力开发核聚变能源,需要在“足够热”的温度下约束等离子体“足够长”的时间,以实现核聚变反应。TAE目前的“诺曼”平台(装置),在为期18个月的测试期内,预期目标几乎翻了一番,而且现已证明达到5000万摄氏度以上温度的“一致性”。重复了几百个试验循环,即在一个紧凑的机器内,扩展到满功率装置,非常具有经济吸引力。

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“诺曼”核聚变装置

2015年,TAE的上一台机器验证了公司的方法,可以使等离子体维持无限长时间(也就是“足够长”)。有了这个最新的里程碑,TAE现在已经开启“足够热”的条件,可扩大到展示反应堆级的特性。

TAE首席执行官米希尔·本德鲍尔(Michl Binderbauer)说,“这是个令人难以置信的、有价值的里程碑,也是向我已故导师诺曼·罗斯托克(Norman Rostoker)远见卓识的致敬。”“诺曼和我在上个世纪90年代写过一篇论文,从理论上说明,以高能粒子为主的某个等离子体,应该随着温度升高,变得越来越受约束而且稳定。我们现在已经能够用非常明确的证据,证明这种等离子体的品性。这是对我们过去30年工作的有力确认,也是TAE非常关键的里程碑,证明物理定律是支持我们的。”

本德鲍尔还说,“诺曼里程碑使我们高度确信,我们的独特方法,使核聚变不但在技术上,更重要是在经济上可以‘掌控’。”“随着我们在我们的聚变和电源管理技术两个方面,从科学验证阶段转向工程商用规模的解决方案,TAE将成为整个能源网现代化的重要贡献者。”

TAE董事与长期投资者艾迪森·费希尔(Addison Fischer)说,“TAE正在培育满足21世纪需求的‘奇迹’。”“TAE公司最近有资金支持它采取‘倒数第二步’,实施‘无中子核聚变’和电源管理方案,这将造福全球。”几十年来,费希尔一直关注环保和环境问题,还创立了VeriSign[4], 也是以现代电子商务为基础,定义和实施安全技术的先驱。

“诺曼”是TAE耗资1.5亿多美元的第五代国家实验室规模的核聚变装置,实现的里程碑,是精心设计的一系列行动的一部分,包括超过2.5万个完全集成的核聚变反应堆核心实验。这些实验对采用的最先进计算流程进行了优化,包括正在与谷歌进行合作的机器学习(生成验光师算法[5]),和能源部INCITE项目合作,利用E级超算[6]的处理能力。公司的独立科学专家组审查、认可了这个里程碑式的结果。专家组包括多年来、多位诺贝尔奖得主和麦克斯韦尔奖得主,以及董事会成员。其中包括Jeffrey Immelt(杰弗里·伊梅尔特,GE前首席执行官)、John Mack(约翰·马克,摩根·士丹利前首席执行官)、Richard Meserve(理查德·梅泽夫,卡内基科学研究所名誉主席,美国NRC前主席)、Ernest Moniz(欧内斯特·莫尼兹,美国前能源部长)以及其他多人。

肩负使命的公司

TAE 技术公司成立于1998年,旨在尽快实现安全、经济、环保的核聚变发电商业化。TAE拥有900多项已颁发的专利,超过8.8亿美元的私人资本,以及“第六代”国家实验室规模的设备,现在正处于提供一种能够维持地球几个世纪转型能源的边缘。该公司的革命性方法导致在电源管理、电力移动、生命科学等领域相邻的商业创新的强大组合。TAE总部设在加利福尼亚州的Foothill Ranch,在瑞士卢塞恩设有国际办事处。TAE本质上靠多学科和任务驱动,利用专利科学和工程设计,为所有人创造光明的未来。

TAE技术公司是全球性的、体制上私营支持的企业,其进展在很大程度上是保密和专利性的。

结语

TAE公司多年来一直“默默无闻”地做研究,一旦泄露风声即引起关注。关键在于它的核聚变技术设计是“无中子”核聚变:不(或很少)产生中子,所以没有(或很少)显著的放射性产物;靠电磁,而无需另外的传热介质(蒸汽)旋转汽轮机等设备,所以简单;按投入的燃料质量计,聚变释放的能量与铀-235裂变反应相近;燃料资源几乎是无限的,发电效率超过80%,致使电力成本比燃煤发电还低,好得简直令人“难以置信”,所以特别值得关注。

聚变业内人士并不看好这种方案,原因是实现“受控”核聚变的温度高几个数量级。最近全世界多个核聚变装置声称即将实现净正能量输出,要进行发电装置设计,但还有许多难点需要克服。所以世界应对全球气候变化和能源转型,并没有把宝压在核聚变上。

但是,TAE取得的“里程碑”式进展值得关注,原因在于它所需的保持时间“足够长”已经满足;而“足够热”条件已经开启。“TAE公司现已证实……它的独特方法可以扩展,在十年之内,使商业核聚变发电装置具备经济可行所需的条件。”这个十年值得“期待”。

TAE聚集装置的特点之一是小型、简单、紧凑,包括可移动,不和许多传统的大型聚变机器竞争市场。在以可再生能源(太阳能+风能+储能)系统为主的未来能源世界,这个特点也非常珍贵……

世界各国对科学技术的发展,多采取“中性”立场,政府和学界对不同学派,持宽容、“百家争鸣”态度。在核聚变技术的开发过程中,再次证明了这种方针是有远见、科学的。

资料与注释:

1. TAE Technologies, Fusion Energy Milestone from TAE Technologies Validates Path to Cost-Competitive Carbon-Free Baseload Energy Company Raises Additional $280M for Reactor-Scale Demonstration Facility, April 8, 2021.

2. WNN, TAE reaches 'hot enough' plasma milestone, 09 April 2021; CAROLINE DELBERT, This Nuclear Reactor Just Made Fusion Viable by 2030. Seriously., Popular Mechanics, APR 8, 2021.

3. Jonathan Shieber, Claiming a landmark in fusion energy, TAE Technologies sees commercialization by 2030, TechCrunch, 8•April 9, 2021.

4. VeriSign, 威瑞信,美国一家专注多种网络基础服务的上市公司,位于加州山景城。该公司将他们的业务统称为“智能基础设施服务”。

5. Optometrist Algorithm, 验光师算法,详见Trialphaenergy, Tri Alpha Energy and Google Combine Human and Machine Interaction to Further Plasma Science, Jul 25, 2017.

6. INCITE, exascale-level computing, 美国能源部(DOE)科学办公室提供了一系列国家高性能计算设施,包括某些世界最先进的超级计算机。这些领先的计算设施使世界一流的研究在科学上取得重大进展。




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责任编辑: 李颖

标签: 核聚变技术 三阿尔法能源

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