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不使用磁体的磁约束聚变

电源 科技
wanwan (42055)发表于 2021年12月28日 18时26分 星期二
来自沉船岛
托卡马克装置(Tokamaks)使用磁体约束高温等离子体,让原子核聚合并释放能量,由于超导磁体的巨大进步,它在最近几个月引起关注。尽管有这些成就,但传统磁约束聚变距离实现核聚变产生大量无碳电力的承诺还有数年的时间。托卡马克装置不是获得聚变能的唯一途径。位于西雅图的 Zap Energy 的 FuZE-Q 反应堆计划于 2022 年年中完工,无需昂贵且复杂的磁线圈。取而代之的是,该机器沿着高导电等离子体柱发送电流脉冲,产生一个能同时限制、压缩和加热电离气体的磁场。这种 Z-pinch 方法——之所以如此命名是因为电流沿三维网格的第三轴或Z轴收束等离子体——可能会在比大型托卡马克装置或今天正开发的激光聚变机器更简单、更小、更便宜的设备中产生能量。

Z-pinched 等离子体历来受到不稳定性的困扰。如果挤压不完全均匀,等离子体会在几十纳秒之内起皱、扭结并分解——时间太短因而无法产生有用的电量。Zap Energy 的方法(被称为剪切流稳定)通过改变等离子体沿柱的流动来驯服这种不稳定性。该设计用流动速度更快的等离子体将等离子体包裹在柱的中心轴附近——想象一下汽车在高速公路的中心车道上川流不息地行驶,但由于两侧的车流呼啸而过而无法改变车道。这种布置使聚变反应等离子体的聚集和压缩时间比以往的 Z-pinch 配置更长。Zap Energy 研发总监 Ben Levitt 表示:“我们认为我们的反应堆是最便宜、最紧凑、最可扩展的解决方案,是商业可行性路径最短的聚变能。”Levitt 预测 Zap 将在 2023 年年中达到 Q=1,即科学盈亏平衡点— —聚合原子释放的能量等于为聚合创造条件所需的能量,这将使其成为第一个到达该点的聚变项目。

鉴于聚变能研究在食言方面有着悠久的历史,这种说法值得怀疑。但是 Zap 在攀登令人望而生畏的陡峭技术曲线上迅速且印象深刻。这家初创公司成立于 2017 年,是华盛顿大学 FuZE(Fusion Z-pinch Experiment)研究团队的拆分公司。该公司在成立的第二年就进行了第一次聚变反应。在成立之前,大学团队曾与劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员合作。他们赢得了美国能源部的一系列拨款,能在逐渐提高的能量水平上测试剪切流方法。迄今为止,该公司已筹集到超过 4000 万美元。