物理科技生物学-PHYICA

揭示了聚变能增益的稳步进展

物理学 2022-09-08 23:59:18

美国物理学会 (左)记录不同聚变概念在一段时间内实现的聚变三重产物说明了聚变能量增益的进展

(右)根据科学增益曲线绘制的劳森参数和温度的实现值

信用:伍尔泽和许 商业聚变能所需的聚变能增益并不总是显而易见的

通过在国家实验室、大学以及最近在私人公司的实验,进展时断时续

高级研究项目局能源(ARPA-E)的技术-市场顾问Sam Wurzel通过提取和编目这一时间跨度内70多个聚变实验的性能,详细介绍并强调了过去60年的这一进展

这项工作说明了不同方法的历史和发展,包括磁聚变装置,如托卡马克、星状器和其他“替代概念”,激光驱动装置,如惯性约束聚变(ICF),以及混合方法,包括线性内爆和z箍缩概念

将聚变研究发展成为社会可行的能源的一个最低条件是获得巨大的能量增益——也就是说,由于聚变反应释放的能量比最初输入系统的能量多得多

1955年,一位名叫J

D

劳森确定了实现高水平能量增益的要求:高温,以及密度和能量限制(或燃烧)时间的高乘积

将所有三个参数相乘成一个称为“聚变三重积”的值,给出了一个度量标准,允许沿着能量增益轴比较不同的聚变概念

通过从过去60年的数十篇融合期刊文章和报告中提取数据,Wurzel表明,从20世纪60年代到90年代,进步是迅速的

然而,在过去的90年代,聚变三重产物的增长并不稳定,但近年来在国家点火设施(NIF)的基于激光的ICF中大幅增长,该设施实现了迄今为止最大的聚变三重产物价值

私人聚变公司追求的较新、较低成本的概念,如剪切流稳定的Z箍缩和场反转构型(FRC)以及其他新颖的构型,正在显示出进步和希望,超过了早期托卡马克的性能

Wurzel特邀教程演讲的关键人物基于Wurzel和Hsu的手稿,提供了一个全面的框架,包括所有热核聚变概念,用于跟踪和理解聚变向能量盈亏平衡和增益的物理进展(图1)

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