- 美國能源部選擇 OpenStar 和哥倫比亞大學設計懸浮雙極子核聚變反應堆的排氣系統。
- 懸浮雙極子消除了熱量泄漏的主要途徑，保持等離子體的穩定性。
- 研究人員將使用先進軟件工具來模擬雙極子磁場的熱量和粒子行為。
- 該項目標誌著雙極子先驅的重聚，將推動核聚變能源的發展。
美國能源部（DOE）已選擇 OpenStar Technologies 和哥倫比亞大學設計全球首個懸浮雙極子核聚變反應堆的排氣系統。商業核聚變依賴於將超熱氣體（即等離子體）困在磁場內。然而，每個反應堆都必須安全地清除熱量和流浪粒子，以免熔化設備的內部牆壁。典型的核聚變裝置通過「導流器」來解決這一問題，該設備將逃逸的等離子體引導至冷卻的目標板上。至今尚未為懸浮雙極子建造任何導流器。
與傳統的甜甜圈形反應堆不同，懸浮雙極子在真空腔體內懸浮一個單一的超導磁體，這模擬了地球和木星等行星的自然磁場。去除物理支撐結構消除了熱量泄漏的主要途徑，從而保持等離子體的穩定性。
懸浮雙極子的優勢
哥倫比亞工程學院助理教授朱本（Prof. Ben Zhu）表示：「磁雙極子是一個優雅且相當簡單的核聚變概念，但仍然未被充分探索。可行的排氣解決方案是任何核聚變能源系統面臨的最迫切挑戰之一，因此我們在這裡所學到的知識將直接促進商業核聚變能源的更廣泛追求。」
在接下來的 12 個月內，研究人員將繪製雙極子磁場邊緣的熱量和粒子行為圖。這種幾何形狀創造了一個真正的磁場零點，稱為 X 點。這迫使工程師超越標準反應堆模型。為此，哥倫比亞大學將結合兩種先進的軟件工具：TokaMaker 和一個名為 Hermes-3 的開源邊緣建模代碼。該團隊將根據 OpenStar 現有的新西蘭原型機 Junior 的實際數據來測試其模擬結果。
今年二月，OpenStar 使用這台價值 1,000 萬美元的機器在五米的真空腔體內懸浮了一個 0.5 噸的磁體，成功地將等離子體限制在超過一百萬攝氏度的高溫下。
哥倫比亞大學研究科學家克里斯托弗·漢森（Dr. Christopher Hansen）表示：「與 OpenStar 合作，我們將研究如何將我們的基本物理知識擴展至建模工具。」
雙極子先驅的重聚
該項目標誌著雙極子先驅的重聚。哥倫比亞大學曾與麻省理工學院共同進行原始懸浮雙極子實驗，而 OpenStar 的首席科學官達倫·加尼耶（Dr. Darren Garnier）曾擔任首席實驗師。他將與 OpenStar 首席科學家傑羅姆·古特爾（Dr. Jerome Guterl）共同領導這項新工作。他們的最終導流器設計將在 OpenStar 的下一台機器 Tahi 上首次亮相。
Tahi 將建造以達到核聚變相關條件，並最初生產用於醫療放射性同位素的中子，作為邁向電網規模核聚變電廠的墊腳石。
古特爾總結道：「我們很高興能將哥倫比亞大學在邊緣等離子體建模方面的卓越專業知識與數十年來的託卡馬克導流器研究所學到的經驗相結合，為 Tahi 和未來的雙極子開發能量和粒子排氣解決方案。」這一夥伴關係得到了 DOE 核聚變能源創新網絡（INFUSE）的支持。今年，該計劃將在私營公司、國家實驗室和大學之間分配 850 萬美元的資金，涉及 28 個聯合項目。OpenStar 通過其美國子公司 OpenStar USA 獲得了這筆資助。
該公司還在本輪中贏得了第二個 INFUSE 獎項，以與加州大學聖地牙哥分校開發等離子體診斷技術。
懸浮雙極子技術的潛力與挑戰
懸浮雙極子核聚變反應堆的設計代表了一種新穎的技術路徑，旨在提高核聚變的穩定性和效率。通過消除傳統反應堆中的物理支撐結構，這種設計能夠有效地減少熱量泄漏，從而保持等離子體的穩定性。這項研究不僅有助於理解等離子體行為，還能推動商業核聚變的進一步發展。隨著 OpenStar 和哥倫比亞大學的合作，未來的研究將可能為核聚變技術的實用化提供重要的科學基礎和技術支持。