悬浮偶极场磁约束迎来里程碑,OpenStar Technologies超导磁体制造完成

学术   2024-11-02 08:01   江苏  

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10月27日,位于新西兰惠灵顿的商业聚变公司OpenStar Technologies宣布,其计划建造的悬浮偶极场反应堆(LDR)的核心部件-超导磁体“Junior”已制造完成并开始通电测试,这也标志着悬浮偶极场聚变装置迎来了首个里程碑时刻。

超导磁体“Junior”

Junior重达半吨,呈“甜甜圈形”,由14个使用ReBCO超导体的非绝缘线圈组成,每个线圈缠绕长达100圈,交替使用高温超导胶带和焊膏层,然后将线圈放入温控烘箱中,以均匀分布焊料。为了保证质量,它们在液氮(77K)中进行了测试并使用FEM(有限元建模)进行最终验证。线圈在30-50K的温度范围内以1.44KA的电流运行,达到5.6T的峰值并存储0.5MJ的能量。

Junior将会在没有连接外部电源的情况下,在真空室中间悬浮,同时产生约束等离子体。

Junior的结构设计可承受74吨的压缩力,可抵抗可能导致自爆的应力。大约一半的ReBCO导体用于形成中间线圈组的内线圈,其余线圈位于磁体的顶部和底部。更重要的是,该结构还必须保护容纳板载电源的零场区域由于板载电源仅提供有限的功率,因此磁体必须间歇性地重新对接和充电。为此,OpenStar使用带有氦气回路的传导冷却,以保持达到磁体的低温工作温度。

想要使得超导磁体悬浮相对容易,首先利用机器将Junior吊装到位,然后用腔室顶部的第二个较小的磁体(即托举磁体)使超导磁体保持在悬浮位置。但是想要把悬浮磁体上的电源、电子设备和通信设备等子系统集成到一个不受磁场穿透的空腔中,这是具有挑战性的。为了实现线圈和子系统的最佳布置,OpenStar开发了一款用于悬浮偶极场的新型高温超导电源,并部署了一种称为差分进化的遗传算法,使得Junior在板载电源所在的磁腔中拥有接近零的磁场区域。

Junior拥有两个特点:一是允许无障碍约束,这类似于地球的磁层。这种甜甜圈形技术会产生一个向外延伸的动态磁场,从而在高能环境中实现有效的等离子体控制;二是其使用高温超导材料,与传统聚变装置相比,与传统的低温超导体相比,它对高温的耐受性更强,这一进步允许其在液氮水平下运行,在优化了能源效率和等离子体约束能力的同时,并降低了冷却系统的成本和复杂性。

与MIT PSFC在物理模拟方面展开合作

此外,OpenStar也希望通过产学研合作进一步加速装置研发。

10月30日,OpenStar宣布已与美国麻省理工学院(MIT)等离子体科学与聚变中心(PSFC) 达成合作。这份合作协议为期12个月,双方的科研人员将在这个期间内使用先进的物理模拟来测试克服核心障碍(将等离子体加热到一亿摄氏度以引发聚变反应)的方法。

根据合作协议,双方的研究人员将集聚资源,使用先进的物理模型进行测试,以模拟这种可能性。在合作的第一阶段,双方将会使用经过验证的计算机代码来测试是否可以在悬浮偶极场装置中使用ICRH加热方法。

OpenStar等离子体科学总监Darren Garnier(前PSFC首席实验科学家)表示:“此次合作将使我们在第一阶段就能够依靠业内一些最优秀的人才,为我们如何构建更大型的反应堆提供重要见解。"

来自麻省理工的Gregory Wallace教授也表示:“LDX项目从未测试过是否可以在偶极场中产生和约束热等离子体。我们希望通过计算建模来证明这是可能的,这也将能使我们有信心在未来设计和构建高功率ICRH系统。”

关于OpenStar Technologies

OpenStar Technologies成立于2021年,总部位于新西兰惠灵顿。公司是全球唯一一家致力于开发悬浮偶极场反应堆(Levitated Dipole Reactor,LDR)的商业化聚变公司,目标2030年代实现商业核聚变发电。OpenStar以麻省理工学院LDX和东京大学RT-1开创的悬浮偶极场开创性实验为基础,采用偶极场固有的天然稳定性创造聚变反应堆为未来提供动力,其核心技术是利用高温超导材料(特别是REBCO线材)来构建能够限制聚变燃料的聚变磁体。


参考链接:

  • https://openstar.substack.com/p/openstar-launches-formal-collaboration

  • https://inspenet.com/en/noticias/new-zealand-first-fusion-reactor/

  • https://www.hdblog.it/green/articoli/n597622/junior-magnete-fusione-nucleare-record/

  • https://interestingengineering.com/energy/junior-for-fusion-reactor-achieves-milestone

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