- 美國 DIII-D 設施與京都融合技術合作研發排氣系統。
- 新設計的負三角形等離子體有助於抑制熱脈衝。
- 京都公司將生產耐熱磚以建造分流器，作為反應堆的煙囱。
- 測試結果將幫助驗證電廠模型，推進核融合技術商業化。
從事核融合研究的科學家們啟動了一項新計劃，以解決實驗反應堆與商業電力之間最棘手的工程難題之一。位於加州的 DIII-D 國家融合設施與日本工程公司京都融合技術公司展開合作，共同建造及測試一套專門的排氣系統，旨在應對核融合反應堆內部產生的猛烈熱量。該系統將直接安裝於 DIII-D 的託卡馬克裝置中，這是一個由美國能源部資助的測試平台。核融合通過將輕原子融合在一起生成清潔能源，與驅動太陽的過程相同。
大部分研究都在名為託卡馬克的甜甜圈形狀磁場室內進行。然而，將物質加熱至超過一億攝氏度會對機器壁造成嚴重風險。
負三角形設計的潛力
針對託卡馬克的新運作方式，標準反應堆會遭受強烈的突然熱脈衝，隨時間侵蝕內部表面。為瞭解決這個問題，研究人員轉向一種被稱為「負三角形」的設計。京都融合技術公司解釋道：「負三角形或反向‘D’形狀的等離子體，對於託卡馬克這類包含磁場的融合裝置來說，可能是一種變革性的運作方法。」這種替代幾何形狀提供了一個優雅的物理優勢，能夠抑制不穩定的熱突發，並在其影響反應堆壁之前，平穩地輻射多餘的熱能。
然而，儘管這種設計前景可期，尚無人測試其具有工業級排氣系統的配置，以應對其獨特的粒子流。
新型分流器的研發
這項新計劃直接針對這一盲點，京都融合技術公司將生產耐熱磚，以建造一個專門設計的「分流器」，該部件充當反應堆的煙囱。安裝完成後，來自 DIII-D、京都融合技術公司和哥倫比亞大學的研究人員將啟動託卡馬克進行廣泛的試驗。DIII-D 融合技術推廣協調員 Suk-Ho Hong 表示：「我們需要理解負三角形在商業相關裝置設置中的表現，這促成了此次合作。」他指出，這個項目將使科學家能夠在一個活躍且具成本效益的測試平台上評估這一方法。
工程師們在腔體內面臨著微妙的平衡挑戰。機器必須維持足夠高的核心溫度以實現核融合，同時外邊緣必須保持足夠的冷卻，以免融化周圍的設備。試驗將測試反向 D 形等離子體在延長運行期間的表現，並測量內部元件的熱負荷和機械應力。京都融合技術公司總裁 Bibake Uppal 總結道：「高中子負荷和熱流量是核融合電廠可行性面臨的最關鍵挑戰之一。」他強調，測試新型分流器概念對於證明商業可行性至關重要。
這些研究結果將用於美國能源部制定的更廣泛路線圖中，測試結果將幫助物理學家驗證整體電廠計算機模型，評估等離子體穩定性，並精煉未來試點電廠所需的材料。實驗數據將在國際 DIII-D 用戶網絡中自由共享。通過開放研究，這一合作旨在幫助全球商業核融合企業設計能夠穩定供電給電網的反應堆。
排氣系統對核融合發展的重要性
核融合技術的發展面臨多重工程挑戰，尤其是高溫環境下的熱管理。此次合作針對性地研發排氣系統，能有效應對反應堆內部的熱脈衝，這對於提升核融合的商業可行性至關重要。負三角形設計的應用不僅可能改善等離子體穩定性，還能為未來的核融合電廠提供關鍵數據，進一步推進全球核融合技術的實現。