![]()
点击 可控核聚变 关注并星标
每天与你一起
![]()
10月22日，马克斯·普朗克等离子体物理研究所（IPP）宣布研究人员采用新方法开发了一种仿星器设计，且该设计满足了可行聚变电厂的所有基本物理要求。以下是报道内容：
![]()
核聚变被认为是未来清洁和安全能源的一个有富有前景的选择。聚变研究最先进的形式是在数百万摄氏度下对等离子体进行磁约束—被称为“磁聚变”。世界各地的研究人员专注于两个主要概念：托卡马克和仿星器。托卡马克产生甜甜圈形状的等离子体，并已在聚变电厂的实验中取得了许多重要里程碑。目前正在法国南部建设的国际实验反应堆ITER也是根据这一概念建造的。尽管取得了进展，但与仿星器相比，托卡马克有一个主要缺点：为了运行，它们需要一个强大的电流通过等离子体。然而，这个电流可能会破坏等离子体，从而对反应堆造成损害。此外，由于这个电流必须定期关闭，聚变功率输出将短暂暂停。这被称为脉冲操作（每次脉冲可以持续数小时）。另一方面，仿星器可以完全不使用电流驱动，因此可以连续运行，因为等离子体通过其甜甜圈结构的复杂变形，保持在固有的稳态平衡中。然而，它们仍需在实验中证明等离子体约束与托卡马克一样好。由IPP Greifswald运营的世界最大、最强大的仿星器Wendelstein 7-X（W7-X）致力于提供这一证明。该设施已经达到了几个重要里程碑，并计划在未来几年内达到更多。然而，同时也清楚地表明，W7-X的设计始于20世纪80年代末，需要进一步改进以适应可行的反应堆。利用从W7-X中学到的经验，IPP Greifswald的研究人员正是这样做的。IPP的仿星器理论部门的团队最近发布了新仿星器的设计，这些设计具有适合用于电厂的关键属性。新概念非常有前景，以至于几家国内外的私人聚变公司已经表示有兴趣在此基础上继续自己的工作。“W7-X是一种所谓的准等动（QI）恒星器，与其他仿星器类型相比，它具有了几个诱人的优势。因为W7-X在实验中已经证明了这些优势是真实的，我们决定特别关注准等动仿星器，”领导该项目的IPP科学家Alan Goodman解释说，这是他博士论文的一部分。这些新型仿星器被赋予了“SQuIDs”的绰号：稳定准等动设计（Stable Quasi-Isodynamic Designs）。在计算机模拟中，这些新设计表现出非常理想的属性：-它们将等离子体中的净环向电流限制在非常低的值，这对于将W7-X的等离子体排气概念外推到反应堆是必要的。-在模拟中，SQuIDs表现出令人鼓舞的等离子体湍流属性。这意味着能量约束应该相对良好，这是聚变反应堆的主要目标之一。-由等离子体中的聚变反应产生的高能粒子不会漂移出去并撞击反应堆壁，否则会损坏等离子体容器。![]()
等离子体的形状仅限于三种可能的仿星器设计：准等动力学 （QI）、准轴对称 （QA） 和准螺旋对称 （QH）。在这里，颜色代表等离子体中的磁场强度。其中：蓝色代表弱磁场、红色代表强磁场。SQuIDs代表了仿星器设计的最新技术，部分得益于最近为仿星器设计而开发的计算工具的发展。这项工作的成功在很大程度上也是IPP的研究人员的集体知识和经验的结果，以及在W7-X上工作的实验物理学家提供的宝贵经验。这种基础科学理解与现代超级计算机能力的结合，使得设计出即使是五年前也无法设计的仿星器成为可能。![]()
SQuID中的等离子体形状，颜色代表磁场强度，黑线代表磁力线。“我们的设计方法的哲学是系统地排除我们意识到在实践中无法建造的设计选项。然后我们就可以完全专注于正确地进行物理设计。”物理学家Alan Goodman说。毕竟，这是仿星器的挑战之一：由于它们的磁场非常复杂，仿星器需要仔细定制以适应实际需求，一个非常好的设计和一个非常糟糕的设计之间的差异可能非常小。此外，这些磁场只能通过使用复杂形状的磁线圈来产生，这些磁线圈必须为此目的特别开发。“这些设计在理论上是合理的，并通过广泛的模拟在计算上得到验证，但在它们被建造、运行和在实验室中研究之前，人们无法知道它们的真正潜力，”IPP的仿星器理论部门负责人Per Helander教授解释说。“对于工程师来说，无论是在IPP还是在聚变初创公司，这些新的SQuIDs可以作为开发新磁体概念和其他技术的基础，这些技术是实现SQuID作为实验或电厂所需的。”
参考链接：
https://www.ipp.mpg.de/5457187/SQulD_Stellarator?c=5405906
推荐阅读：
![]()
![]()
