美国一亿焦耳核聚变设施瞄准与中国竞赛中的突破

该装置不使用大型激光器或托卡马克装置，而是将强电流直接放电至靶材。 美国初创公司Pacific Fusion已开始在新墨西哥州阿尔伯克基建设一座耗资10亿美元的制造与研发基地。该基地的工程师计划在2030年前测试一种新型脉冲功率装置，目标是攻克核物理领域两项长期存在的技术基准。 “美国开创了使核聚变触手可及的各项突破。Pacific Fusion专注于将这一科学领先优势转化为工业能力和基础设施，从而增强美国的能源领导地位与国家安全。”联合创始人兼首席技术官Keith LeChien博士表示。 该设施的首要目标是展示设施净能量增益。在以往的激光和磁约束聚变实验中，研究人员仅通过比较击中燃料胶囊的能量与由此产生的聚变输出能量来衡量增益。 利用脉冲功率惯性约束 Pacific Fusion正在衡量整个工厂的效率。设施净增益意味着聚变反应产生的能量必须超过发射前机器内部储存的总电能。目前尚无任何实验室实现这一整体电效率水平。 该系统依赖脉冲功率惯性约束。不同于使用大规模激光阵列或托卡马克的磁线圈，该装置将强烈的电流脉冲直接释放到靶材中。 这种高电流脉冲产生极端的磁压力，迅速压缩小型燃料胶囊以引发聚变。为控制成本，该公司采用模块化标准电气部件构建其电源系统，这些部件由广泛可得的工业材料制成。 数十年的研究 这项技术的基础来自桑迪亚、洛斯阿拉莫斯和劳伦斯利弗莫尔国家实验室数十年的研究。Pacific Fusion最近完成了一个名为Sirius的原型驱动器的测试系列，该驱动器是根据与劳伦斯利弗莫尔的联合协议建造的。Sirius使用阻抗匹配的马克思发生器向负载输送短时高压脉冲。 在测试期间，该原型完成了3000多次连续发射。工程师利用获得的关于电压稳定性、开关磨损和电路时序的数据，设计了将为阿尔伯克基工厂提供动力的全尺寸脉冲模块。 阿尔伯克基示范装置还设计用于产生每次脉冲超过100兆焦耳的高产额聚变反应。这种规模的输出会产生被称为高能量密度状态的极端温度和压力。 这些条件使物理学家能够研究材料与辐射在核武器内部条件下的行为。美国政府早在三十年前——即地下核爆炸试验被停止之时——就已确定需要此类实验平台。 由于具备这些能力，能源部国家核安全管理局已签署正式协议与该公司开展合作。合作重点包括高能量密度物理、计算机建模、先进材料和脉冲电气网络。 硬件组装工厂 除阿尔伯克基主园区外，该公司还在洛斯卢纳斯开设一座硬件组装工厂。该设施将批量生产组装完整示范系统所需的模块化脉冲功率级组件。 当地公用事业公司新墨西哥公共服务公司也已开始研究未来脉冲功率电厂如何在电力需求增长时向区域电网输送基载电力。 “今天的破土动工表明，美国仍然能够建造困难的东西，并且比包括中国在内的任何其他国家都更快。”LeChien总结道。 如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！ 特别