- 美国 DIII-D 设施与京都融合技术合作研发排气系统。
- 新设计的负三角形等离子体有助于抑制热脉冲。
- 京都公司将生产耐热砖以建造分流器，作为反应堆的烟囱。
- 测试结果将帮助验证电厂模型，推进核融合技术商业化。
从事核融合研究的科学家们启动了一项新计划，以解决实验反应堆与商业电力之间最棘手的工程难题之一。位于加州的 DIII-D 国家融合设施与日本工程公司京都融合技术公司展开合作，共同建造及测试一套专门的排气系统，旨在应对核融合反应堆内部产生的猛烈热量。该系统将直接安装于 DIII-D 的托卡马克装置中，这是一个由美国能源部资助的测试平台。核融合通过将轻原子融合在一起生成清洁能源，与驱动太阳的过程相同。
大部分研究都在名为托卡马克的甜甜圈形状磁场室内进行。然而，将物质加热至超过一亿摄氏度会对机器壁造成严重风险。
负三角形设计的潜力
针对托卡马克的新运作方式，标准反应堆会遭受强烈的突然热脉冲，随时间侵蚀内部表面。为了解决这个问题，研究人员转向一种被称为“负三角形”的设计。京都融合技术公司解释道：“负三角形或反向‘D’形状的等离子体，对于托卡马克这类包含磁场的融合装置来说，可能是一种变革性的运作方法。”这种替代几何形状提供了一个优雅的物理优势，能够抑制不稳定的热突发，并在其影响反应堆壁之前，平稳地辐射多余的热能。
然而，尽管这种设计前景可期，尚无人测试其具有工业级排气系统的配置，以应对其独特的粒子流。
新型分流器的研发
这项新计划直接针对这一盲点，京都融合技术公司将生产耐热砖，以建造一个专门设计的“分流器”，该部件充当反应堆的烟囱。安装完成后，来自 DIII-D、京都融合技术公司和哥伦比亚大学的研究人员将启动托卡马克进行广泛的试验。DIII-D 融合技术推广协调员 Suk-Ho Hong 表示：“我们需要理解负三角形在商业相关装置设置中的表现，这促成了此次合作。”他指出，这个项目将使科学家能够在一个活跃且具成本效益的测试平台上评估这一方法。
工程师们在腔体内面临着微妙的平衡挑战。机器必须维持足够高的核心温度以实现核融合，同时外边缘必须保持足够的冷却，以免融化周围的设备。试验将测试反向 D 形等离子体在延长运行期间的表现，并测量内部元件的热负荷和机械应力。京都融合技术公司总裁 Bibake Uppal 总结道：“高中子负荷和热流量是核融合电厂可行性面临的最关键挑战之一。”他强调，测试新型分流器概念对于证明商业可行性至关重要。
这些研究结果将用于美国能源部制定的更广泛路线图中，测试结果将帮助物理学家验证整体电厂计算机模型，评估等离子体稳定性，并精炼未来试点电厂所需的材料。实验数据将在国际 DIII-D 用户网络中自由共享。通过开放研究，这一合作旨在帮助全球商业核融合企业设计能够稳定供电给电网的反应堆。
排气系统对核融合发展的重要性
核融合技术的发展面临多重工程挑战，尤其是高温环境下的热管理。此次合作针对性地研发排气系统，能有效应对反应堆内部的热脉冲，这对于提升核融合的商业可行性至关重要。负三角形设计的应用不仅可能改善等离子体稳定性，还能为未来的核融合电厂提供关键数据，进一步推进全球核融合技术的实现。