中国掌握可控核聚变高约束先进控制技术

中国掌握可控核聚变高约束先进控制技术 中核集团宣布新一代人造太阳“中国环流三号”取得重大科研进展，首次实现 100 万安培等离子体电流下的高约束模式运行，再次刷新我国磁约束聚变装置运行纪录，突破了等离子体大电流高约束模式运行控制、高功率加热系统注入耦合、先进偏滤器位形控制等关键技术难题，是我国核聚变能开发进程中的重要里程碑，标志着我国磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运行迈出重要一步。 可控核聚变是目前认识到的能够最终解决人类能源问题的重要途径之一，具有原料充足、经济性能优异、安全可靠、无环境污染等优势，主要的方式有 3 种：引力约束、惯性约束和磁约束。 2022 年 12 月 5 日，美国劳伦斯利佛摩国家实验室（LLNL）首次实现能量净收益的可控核聚变。该实验通过 192 道激光聚焦目标提供 2.05 兆焦耳的能量，从而超过聚变阈值，产生 3.15 兆焦耳的聚变能量输出。 频道：@kejiqu 群组：@kejiquchat 投稿：@kejiqubot

国际热核聚变实验反应堆将运行时间推迟至少八年

国际热核聚变实验反应堆将运行时间推迟至少八年 国际热核聚变实验反应堆(ITER)将其托卡马克装置的运行时间推迟至少八年。托卡马克（Tokamak）是一种利用磁约束来实现磁约束聚变的环性容器，其中央是一个环形的真空室，内部气体在极端高温和高压下变成等离子体。ITER 正在建造世界最大的托卡马克装置，演示可控核聚变的可行性。它原计划在 2025 年测试产生等离子体。但该计划如今推迟到了 2033 年。但推迟并不出人意料。 via Solidot

中国“人造太阳”今年将挑战千秒量级高约束模式

中国“人造太阳”今年将挑战千秒量级高约束模式 据悉，中国开发的核聚变装置东方超环(EAST)被称为“人造太阳”，2007年通过验收，是中国科学院等离子体所自主设计、研制并拥有完全知识产权的磁约束核聚变实验装置，是世界上第一个非圆截面全超导托卡马克。该设备在2023年4月实现了高功率稳定的403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，创造了托卡马克装置稳态高约束模运行新的世界纪录。EAST拥有类似太阳的核聚变反应机制，用来探索核聚变能源应用。核聚变是将两个质量轻的原子核“聚合”成为一个重原子核，我们知道能量是守恒的，“消失”的质量会转变为巨大的能量，而且能量比核裂变更高。聚变能源具有无限、经济、可计划、清洁、安全等诸多优点，是目前科学发展水平下人类能够掌握的终极能源形式，甚至会推动人类文明进入下一个发展阶段。 ... PC版： 手机版：

新型钨反应堆让核聚变更接近现实

新型钨反应堆让核聚变更接近现实 对于那些不熟悉托卡马克的人来说，它本质上是一个甜甜圈形状的装置，利用强大的磁场来容纳和控制等离子体一种极热、带电的气态混合物，对于复制恒星中的聚变反应至关重要。由法国替代能源和原子能委员会（CEA）运营的 WEST（稳态托卡马克中的钨环境）反应堆处于这项研究的最前沿。这一突破取决于钨的使用，钨是灯泡灯丝中常见的灰白色金属。这种金属以其卓越的耐热性能而著称，能使等离子体达到难以置信的高温和高密度，而不会导致腔壁熔化。在创纪录的运行过程中，研究小组向 WEST 注入了 1.15 千兆焦耳的能量，使等离子体在大约 5000 万摄氏度的高温下持续燃烧，其温度是太阳核心温度的三倍多。普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）提供了专门的 X 射线诊断工具，用于精确测量 WEST 内的强等离子体条件，在这一成就中发挥了至关重要的作用。据普林斯顿等离子体物理实验室的路易斯-德尔加多-阿帕里西奥（Luis Delgado-Aparicio）说："等离子体聚变界是最早利用混合光子计数技术监测等离子体动态的机构之一。"法国原子能委员会科学家泽维尔-利塔乌东（Xavier Litaudon）解释了为什么钨托卡马克的这一成就是如此重大的突破。"我们需要提供一种新的能源，而且这种能源应该是持续和永久的"。核聚变可以成为改变游戏规则的能源一种几乎取之不尽、用之不竭的清洁能源，没有任何放射性废物或碳排放。然而，要实现自持聚变反应，使其产生的能量大于消耗的能量，是一项巨大的挑战。从超高温等离子体中提取比启动和维持核聚变过程所需更多的能量，需要极高的温度和极长的约束时间。这就是为什么最近在 WEST 取得的突破如此令人期待。正如协调该实验的雷米-杜蒙（Remi Dumont）简明扼要地指出的那样"一个惊人的结果"。虽然人类的核聚变能源梦想还需要数年或数十年的时间才能实现，但像这样的里程碑式事件表明，我们正在一步步地接近它。主要的参与者也在加倍努力实现核聚变的承诺。微软公司与 Helion 公司合作，计划在 2028 年之前开发出商业核聚变技术，而日本则在去年推出了大型 JT-60SA 托卡马克反应堆一个六层楼高的庞然大物，旨在破解核聚变约束难题。与此同时，扩大这种新型钨反应堆的规模，可以使人们期待已久的核聚变未来更加清晰。 ... PC版： 手机版：

核聚变实验已经克服了两个关键障碍 达到“最佳点”

核聚变实验已经克服了两个关键障碍 达到“最佳点”  DIII-D托卡马克反应堆内部。图片来源：Rswilcox (CC BY-SA 4.0)目前，人们正在探索的实现核聚变发电的主要途径之一是使用托卡马克反应堆。这是一种“甜甜圈”形状的真空装置，外面环绕着磁线圈。它借助强大的磁场，将等离子体加热到数亿摄氏度的极高温度，甚至比太阳还热，以达到核聚变的目的。人们一直认为存在一个临界点，即格林沃尔德极限。如果试图提高燃料密度，超过这个临界点时，等离子体就会脱离磁场的约束，四散逃逸，从而可能损坏反应堆。而提高密度对提高产量至关重要，因为实验表明，托卡马克反应堆的产量与燃料密度的平方成正比。现在，美国通用原子能公司的Siye Ding和同事证明，有一种方法可以提高等离子体密度，且能够实现高约束稳态运行。利用这种方法，他们成功使DIII-D国家聚变设施托卡马克反应堆在平均密度比格林沃尔德极限高出20%的情况下，运行了2.2秒。虽然之前已经打破了这一“关卡”，但稳定性较差、持续时间较短，而且这次的关键指标是，能量约束增强因子H98(y,2)>1。英国贝尔法斯特女王大学的Gianluca Sarri解释说，H98(y,2)显示了磁场对等离子体的约束程度，数值为1或以上意味着等离子体被成功固定在适当的位置。“如果现在开始表现出某种稳态运行，就可以一直处于最佳状态。”Sarri说，“这次实验是在一台小型设备上完成的，如果把结果推广到更大的设备上，就可以在很长一段时间内提高功率、实现增益。”这次DIII-D实验依赖于多方法融合，这些方法本身并不新鲜，但融合起来似乎很有前景。DIII-D等离子体室的外半径只有1.6米，目前还不知道同样的方法是否适用于国际热核聚变实验反应堆（ITER）。这是法国正在建设的下一代托卡马克，半径将达到6.2米。“这次实验对未来的核聚变发电来说是个好兆头。”Ding说，“许多反应堆设计要求同时具有高约束和高密度。从实验上讲，这是第一次实现这一点。”Ding表示：“下一步耗资巨大，目前研究正在朝着许多不同的方向发展，我希望这篇论文有助于集中全球的努力。”相关论文信息： ... PC版： 手机版：

日本古代艺术Kintsugi（金继）为下一代聚变反应堆的技术突破带来灵感

日本古代艺术Kintsugi（金继）为下一代聚变反应堆的技术突破带来灵感 "这就是这项工作的特别之处，这种方法可以保持高性能等离子体，同时控制等离子体核心和边缘的不稳定性。这种同时控制尤为重要，也很难做到。"美国能源部（DOE）普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的约瑟夫-斯奈普斯（Joseph Snipes）说，他是普林斯顿等离子体物理实验室托卡马克实验科学部副主任，也是论文的共同作者之一。PPPL物理学家Seong-Moo Yang领导的研究团队横跨美国和韩国的多个机构。杨说，这是首次有研究团队验证了一种系统的方法来调整磁场缺陷，使等离子体适合用作电源。这些磁场缺陷被称为误差场。"我们的新方法能确定最佳误差场校正，从而提高等离子体的稳定性，"Yang说。"事实证明，这种方法能在不同的等离子体条件下增强等离子体的稳定性，例如，当等离子体处于高磁约束和低磁约束条件下时。Yang 在 DOE 的国家研究 SLAM 上介绍研究成果。难以纠正的错误误差场通常是由容纳等离子体的装置（称为托卡马克）的磁线圈中的微小缺陷造成的。到目前为止，误差场只被视为一种麻烦，因为即使是非常小的误差场也会导致等离子体中断，从而停止聚变反应，并可能损坏聚变容器的内壁。因此，核聚变研究人员花费了大量的时间和精力，精心寻找纠正误差场的方法。Yang说："要消除现有的误差场是相当困难的，因此我们可以在核聚变容器周围施加额外的磁场，而不是修复这些线圈的不规则性，这一过程被称为误差场校正。"过去，这种方法也会伤害等离子体的核心，使等离子体不适合用于聚变发电。这次，研究人员能够消除等离子体边缘的不稳定性，并保持核心的稳定性。这项研究是 PPPL 研究人员如何缩小当今核聚变技术与将核聚变发电引入电网所需技术之间差距的最好例证。"这实际上是打破系统对称性的一种非常有效的方法，因此人类可以有意降低封闭性。这就好比在气球上开一个很小的洞，这样气球就不会爆炸了，"PPPL 的研究人员兼论文合著者 SangKyeun Kim 说。正如空气会从气球上的小孔漏出一样，误差场也会漏出极少量的等离子体，这有助于保持其整体稳定性。同时管理等离子体的核心和边缘管理核聚变反应最困难的部分之一是让等离子体的核心和边缘同时表现良好。这两个区域的等离子体温度和密度都有理想的区域，要达到这些目标，同时消除不稳定性是非常困难的。这项研究证明，调整误差场可以同时稳定等离子体的核心和边缘。通过仔细控制托卡马克线圈产生的磁场，研究人员可以抑制边缘不稳定性（也称为边缘局部模态（ELM）），而不会造成混乱或严重的约束损失。论文作者、PPPL 职员研究物理学家胡启明说："我们正在努力保护该设备。"将研究扩展到 KSTAR 之外这项研究是利用韩国的 KSTAR 托卡马克进行的，该托卡马克能够非常灵活地调整其磁场误差配置。这种能力对于试验不同的误差场配置以找到稳定等离子体的最有效配置至关重要。研究人员说，他们的方法对未来托卡马克核聚变试验装置的设计具有重大意义，有可能使其更加高效和可靠。他们目前正在开发人工智能（AI）版本的控制系统，以使其更加高效。"这些模型相当复杂，计算起来需要一些时间。但当你想在实时控制系统中做一些事情时，你只能承受几毫秒的计算时间，"Snipes 说。"利用人工智能，你基本上可以教会系统该期待什么，并能够利用人工智能提前预测控制等离子体所需的条件以及如何实时实现这些条件。"虽然他们的新论文重点介绍了利用 KSTAR 内部磁线圈所做的工作，但 Hu 建议未来对聚变容器外的磁线圈进行研究将是非常有价值的，因为聚变界正在摒弃将此类线圈安置在真空密封容器内的想法，因为等离子体的极度高温可能会破坏此类组件。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：