FuZE(聚變Z箍縮實驗)等離子體發出明亮的閃光。 圖片來源:美國聚變能源技術公司Zap Energy
據最新一期《物理評論快報》報道,美國聚變能源技術公司Zap Energy采用獨特方法——剪切流Z箍縮,使核聚變溫度遠遠超過了1000萬攝氏度,而且該設備規模比其他聚變系統小得多。
1000萬攝氏度(大致相當于太陽核心溫度)是核聚變溫度的一個里程碑。自人類首次產生聚變反應以來的90年里,只有少數技術能使聚變等離子體電子溫度達到1000萬攝氏度。
研究論文詳細介紹了Zap Energy公司的聚變Z箍縮實驗(FuZE)。對1—3keV(千電子伏特)等離子體電子溫度進行測量,大致相當于1100萬至3700萬攝氏度。實驗中,電子能夠快速冷卻等離子體,突破了聚變系統的關鍵障礙。研究人員認為,FuZE是目前實現可控核聚變的最簡單、最小且成本最低的設備。
要產生核聚變首先是產生等離子體,再壓縮加熱由氘和氚(兩種重氫)組成的等離子體使它們的原子核碰撞和聚變。這種聚變反應釋放的能量比燃燒相同數量的煤炭要大1000萬倍,但主要難題之一是使啟動聚變反應所需的輸入能量小于其輸出能量。
Zap Energy公司的技術基于一種稱為Z箍縮的簡單等離子體約束方案。其中,大電流通過一根細小的等離子體絲輸送。導電等離子體產生自己的電磁場,從而進行加熱和壓縮。Z箍縮方法從20世紀50年代就已存在,主要障礙是其等離子體壽命太短。此次,該公司在等離子體中應用了被稱為“剪切流穩定”的過程,解決了這一難題。測量結果表明,聚變等離子體處于正常的熱平衡狀態。
新技術不需要昂貴且復雜的超導磁體或強大的激光器。與其他設備相比,Zap技術的成本更低,建造速度更快,而且能夠快速迭代,生產出更廉價的熱核聚變中子。