Tokamak Energy 正在研究使用球形托卡馬克和高溫超導(dǎo) (HTS) 磁體的組合進行聚變

Tokamak Energy 正在研究使用球形托卡馬克和高溫超導(dǎo) (HTS) 磁體的組合進行聚變。據(jù)托卡馬克稱，新電力電子設(shè)備的測試顯示效率是之前系統(tǒng)的兩倍。

Tokamak Energy 宣布創(chuàng)建并全面測試低溫電力電子技術(shù)，以實現(xiàn)其超導(dǎo)磁體的高效運行。該公司正致力于結(jié)合使用球形托卡馬克和高溫超導(dǎo) (HTS) 磁體進行聚變。據(jù) Tokamak Energy 稱，新電力電子設(shè)備的測試表明，其效率是之前系統(tǒng)的兩倍，從而大大降低了冷卻 HTS 磁體所需的功率，從而降低了未來聚變發(fā)電廠的成本——這對于商業(yè)化和規(guī)?；陵P(guān)重要技術(shù)。

超導(dǎo)磁體在托卡馬克系統(tǒng)中用于集中和隔離等離子體，使其能夠達到聚變所需的高溫。低溫冷卻是眾多能源問題之一。真空低溫恒溫器內(nèi)的新型功率轉(zhuǎn)換器具有更高的效率，構(gòu)成了新的解決方案。

2020年，美國能源部授予托卡馬克能源多項資助，讓他們與美國國家實驗室系統(tǒng)的知名專家形成合作。ST40 是與橡樹嶺國家實驗室和普林斯頓等離子體物理實驗室合作開發(fā)的。作為參與先進模塊化反應(yīng)堆 (AMR) 計劃的一部分，英國政府也為其提供了一筆贈款。

聚變能

獲得核聚變——開啟無窮無盡的清潔能源的希望——是今天揮之不去的重大未解之謎之一，就像在 1960 年代初期將人類送上月球是一個無法實現(xiàn)的夢想一樣。許多投資和創(chuàng)新將在不久的將來通向能源的圣杯。

科學(xué)家們最初認識到托卡馬克在 1960 年代實現(xiàn)聚變條件的潛力，當時俄羅斯的 T3 托卡馬克實現(xiàn)的等離子體溫度明顯高于當時任何其他聚變機器。

艾倫·賽克斯 (Alan Sykes) 是托卡馬克能源 (Tokamak Energy) 的創(chuàng)始人之一，他于 1980 年代在卡勒姆聚變能源中心 (Culham Center for Fusion Energy) 進行了一項理論研究，證明改變托卡馬克的幾何形狀會對性能產(chǎn)生影響。將球形托卡馬克提高的效率與 HTS 磁體技術(shù)提供的良好磁約束相結(jié)合，為在更小的設(shè)備中實現(xiàn)商業(yè)化和具有成本效益的聚變提供了一條現(xiàn)實的途徑。

托卡馬克裝置嚴重依賴磁場來捕獲帶電等離子體粒子并保持聚變?nèi)剂系姆忾]和高溫。HTS 磁體由稀土銅鋇氧化物組成，呈厚度小于 0.1 毫米的薄條狀。與傳統(tǒng)的超導(dǎo)磁體相比，它們可以產(chǎn)生更大的磁場，同時盤繞成線圈時占用的面積更小。

Tokamak Energy 正與歐洲核子研究中心 (CERN) 合作開發(fā)高溫超導(dǎo)磁體，以創(chuàng)造一項專利技術(shù)，該技術(shù)可擴展至聚變電源模塊所需的大塊磁體。粒子加速器、飛機和其他各種領(lǐng)域都使用高溫超導(dǎo)磁體。

Tokamak Energy 正在開發(fā)兩項核心技術(shù)：緊湊型球形托卡馬克和高溫超導(dǎo)磁體?！斑@些使能技術(shù)對于經(jīng)濟融合的發(fā)展至關(guān)重要，”首席執(zhí)行官 Chris Kelsall 說。

該公司聲稱，聚變功率模塊旨在產(chǎn)生 500 兆瓦的熱量或 150 兆瓦的電力。商業(yè)聚變能需要將等離子體加熱到 1 億攝氏度的溫度。Tokamak Energy 目前正致力于通過其 ST40 設(shè)計實現(xiàn)該目標?！叭绻沁@樣，托卡馬克能源將成為第一個在受控等離子體中實現(xiàn)這一關(guān)鍵里程碑的商業(yè)聚變開發(fā)商，”凱爾索爾說?！叭欢?，我們也相信還有其他關(guān)鍵因素對于實現(xiàn)商業(yè)融合至關(guān)重要?！?

ST40

ST25 之后，Tokamak Energy 旨在產(chǎn)生商業(yè)聚變能的目標已進展到 ST40。該機器在運行的第一年達到了 1500 萬攝氏度的溫度。據(jù) Tokamak Energy 稱，目標是展示 ST40 作為第一臺私人資助的聚變機器的運行，能夠達到商業(yè)聚變所需的溫度——1 億攝氏度——以克服氘和氚離子之間的排斥力，并使它們足夠接近保險絲。

托卡馬克能源

新電源轉(zhuǎn)換器的測試表明，系統(tǒng)效率可能會進一步提高。Tokamak Energy 首席執(zhí)行官 Chris Kelsall 在新聞稿中表示，有多種方法可以將 HTS 磁體的擁有成本降低 50% 或更多。未來將在 1,000-A 連續(xù)運行和 2,000-A 脈沖運行下展示這種非常高效的電源。

“在 Tokamak Energy，我們預(yù)計 2022 年對于全球私人聚變開發(fā)商來說將是激動人心的一年，”Kelsall 說?！癈OP26 強調(diào)迫切需要在全球范圍內(nèi)部署新的基本負荷清潔能源，以取代碳密集型化石燃料。一旦商業(yè)化，聚變能將是清潔、低成本、安全、豐富和安全的。它為國際社會提供了實現(xiàn)和維持凈零排放的轉(zhuǎn)型機會。聚變將發(fā)揮的關(guān)鍵作用已越來越受到全球投資者的認可，大量股權(quán)融資將在 2021 年底部署到私營部門參與者。

“隨著核聚變公司取得進一步的技術(shù)進步，明年核聚變商業(yè)化的競爭將更加激烈，”Kelsall 總結(jié)道?！霸诰圩冾I(lǐng)域內(nèi)開發(fā)的應(yīng)用程序?qū)椴煌袠I(yè)提供大量交叉機會，包括航空航天、工業(yè)和醫(yī)療保健。到 2022 年，公共部門和私營部門將繼續(xù)密切合作，以利用聚變提供的巨大機遇。這對未來是個好兆頭?！?

聚變面臨的許多直接工程挑戰(zhàn)都與磁體技術(shù)有關(guān)?！按盆F必須足夠強大以容納大量熱物質(zhì)，但又不能消耗太多電力，以至于聚變反應(yīng)堆消耗的能量超過其產(chǎn)生的能量。Tokamak Energy 已經(jīng)生產(chǎn)了自己的超導(dǎo)高溫磁體，可以對等離子體施加巨大壓力，不僅可以用于商業(yè)化聚變，還可以用于航空航天等其他應(yīng)用，”Kelsall 說。

根據(jù)托卡馬克能源公司的研究，聚變是一種零碳能源，不會產(chǎn)生長壽命放射性廢物，并且可以提供具有成本競爭力的能源。由于聚變固有的安全特性，場地要求不如常規(guī)核電嚴格，允許部署在靠近人口和工業(yè)中心的地方。緊湊型融合還具有建造和部署成本更低、速度更快以及能夠充分利用尖端材料和技術(shù)的優(yōu)勢。