_ Înregistrați temperatura electronilor pentru un dispozitiv de fuziune Z-pinch la scară mică, stabilizat cu flux forfecat, realizat

În cele nouă decenii de când oamenii au produs pentru prima dată reacții de fuziune, doar câteva tehnologii de fuziune au demonstrat capacitatea de a face o plasmă de fuziune termică cu temperaturile electronilor mai mari de 10 milioane de grade Celsius, aproximativ temperatura nucleului soarelui. Abordarea unică a lui Zap Energy, cunoscută sub denumirea de prinderea Z stabilizată cu flux forfecat, s-a alăturat acum acelor ranguri rarefiate, depășind cu mult această etapă a temperaturii plasmei într-un dispozitiv care este o fracțiune din scara altor sisteme de fuziune.

Datorită capacității electronilor de a răci rapid o plasmă, această performanță este un obstacol cheie pentru sistemele de fuziune și FuZE este dispozitivul cel mai simplu, cel mai mic și cu cel mai mic cost care l-a realizat. Tehnologia Zap oferă potențialul pentru o cale mult mai scurtă și mai practică către un produs comercial capabil să producă energie abundentă, la cerere, fără carbon pe glob.

„Aceste măsurători sunt meticuloase, fără echivoc, dar totuși realizat pe un dispozitiv de o scară incredibil de modestă, conform standardelor tradiționale de fuziune”, descrie Ben Levitt, VP R&D la Zap. „Avem încă mult de lucru în fața noastră, dar performanța noastră de până în prezent a avansat până la un punct în care acum putem sta umăr la umăr cu unele dintre dispozitivele de fuziune preeminente din lume, dar cu o eficiență deosebită și la o fracțiune din complexitate și cost."

"De-a lungul multor decenii de cercetare a fuziunii controlate, doar câteva concepte de fuziune au atins temperatura electronilor de 1 keV", notează Scott Hsu, coordonatorul principal de fuziune la DOE. și fost director de program ARPA-E. „Ceea ce a realizat această echipă aici este remarcabil și întărește eforturile ARPA-E de a accelera dezvoltarea energiei comerciale de fuziune.”

Primul pas pentru a crea condițiile pentru fuziune este generarea unei plasme – cea energetică” a patra stare a materiei” în care nucleii și electronii nu sunt legați împreună în atomi, ci curg liber într-o supă sub-atomică. Comprimarea și încălzirea unei plasme formate din două forme de hidrogen numite deuteriu și tritiu face ca nucleele lor să se ciocnească și să fuzioneze. Când o fac, reacțiile de fuziune emit de aproximativ 10 milioane de ori mai multă energie pe uncie decât arderea aceleiași cantități de cărbune.

Asemenea reacții de fuziune au fost observate în laborator de zeci de ani în cantități relativ mici. Cu toate acestea, marea provocare este de a crea mai multă energie de fuziune de ieșire din acele reacții decât energia de intrare necesară pentru a le iniția.

Tehnologia Zap Energy se bazează pe o schemă simplă de izolare a plasmei cunoscută sub numele de Z pinch, unde mare curenții electrici sunt canalizați printr-un filament subțire de plasmă. Plasma conducătoare generează propriile câmpuri electromagnetice, care atât o încălzește, cât și o comprimă. În timp ce fuziunea Z-pinch a fost experimentată încă din anii 1950, abordarea a fost în mare măsură împiedicată de cât de scurtă sunt plasmele sale, o problemă pe care Zap a rezolvat-o prin aplicarea unui flux dinamic prin plasmă, un proces numit stabilizare a fluxului forfecat.

„Dinamica este un minunat act de echilibrare al fizicii plasmei”, explică Levitt. „Pe măsură ce urcăm la curenți de plasmă din ce în ce mai mari, optimizăm punctul favorabil unde temperatura, densitatea și durata de viață a pinchului Z se aliniază pentru a forma o plasmă de fuziune stabilă, de înaltă performanță.”

O ciupire sănătoasă.

Cercetătorii din fuziune măsoară temperatura plasmei în unități de electron-volți și pot măsura separat temperatura ionilor (nucleilor) și electronilor plasmei. Deoarece ionii sunt de o mie de ori mai grei decât electronii, cele două componente ale plasmei se pot încălzi și se pot răci la viteze diferite.

Deoarece ionii sunt cei care în cele din urmă trebuie încălziți la temperaturi de fuziune, Fizicienii plasmei își fac adesea griji cu privire la situațiile în care electronii reci limitează încălzirea ionilor, cum ar fi cuburile de gheață într-o supă fierbinte. Cu toate acestea, electronii din plasma FuZE s-au dovedit a fi la fel de fierbinți ca și ionii, ceea ce indică faptul că plasma se află într-un echilibru termic sănătos.

În plus, măsurătorile detaliate ale lui Zap arată că temperaturile electronilor și producția de neutroni de fuziune. vârf simultan. Deoarece neutronii sunt un produs primar al ionilor de fuziune, aceste observații susțin ideea unei plasme de fuziune în echilibru termic.

„Rezultatele din această lucrare și testele ulterioare pe care le-am făcut de atunci, toate arată un bun imagine de ansamblu a unei plasme de fuziune cu spațiu de scalare către câștig de energie”, spune Uri Shumlak, co-fondator și om de știință șef la Zap Energy. „Lucrând la curenți mai mari, observăm încă un flux forfecat care prelungește durata de viață a Z-pinch suficient de lungă pentru a produce temperaturi foarte ridicate și randamentele de neutroni asociate pe care le-am prezice din modelare.”

Temperaturile raportate în hârtia au fost măsurate de o echipă de colaboratori externi de la LLNL și UCSD calificați într-o tehnică de măsurare a plasmei numită împrăștiere Thomson. Pentru a efectua împrăștierea Thomson, oamenii de știință folosesc un laser foarte luminos și foarte rapid pentru a trage un puls de lumină verde în plasmă, care se împrăștie din electroni și oferă informații despre temperatura și densitatea acestora.

„Noi” Suntem deosebit de recunoscători echipei de colaborare pentru munca pe care a făcut-o pentru a ajuta la colectarea acestor date și la perfecționarea unei tehnici critice de măsurare pentru noi”, notează Levitt. Informat de măsurătorile acestei colaborări pe sute de plasme, Zap acumulează în mod obișnuit date de împrăștiere Thomson pe FuZE-Q, dispozitivul său de ultimă generație.

Spre deosebire de cele două abordări principale de fuziune care au fost în centrul atenției majorității cercetarea fuziunii din ultimele decenii, tehnologia Zap nu necesită magneți supraconductori scumpi și complexi sau lasere puternice.

„Tehnologia Zap este mult mai puțin costisitoare și mai rapid de construit decât alte dispozitive, permițându-ne să repetăm ​​rapid și Produceți cei mai ieftini neutroni de fuziune termică de acolo. O economie convingătoare a inovației este vitală pentru lansarea unui produs comercial de fuziune la o scară de timp care contează”, a declarat Benj Conway, CEO și co-fondator al Zap.

În 2022, compania. în același timp în care au fost colectate aceste rezultate de la FuZE, Zap a pus în funcțiune dispozitivul său de generație următoare FuZE-Q. În timp ce rezultatele timpurii de la FuZE-Q sunt încă disponibile, dispozitivul are o bancă de alimentare cu de zece ori mai multă energie stocată decât FuZE și capacitatea de a scala la temperaturi și densități mult mai mari. Între timp, dezvoltarea paralelă a sistemelor centralelor electrice este, de asemenea, în curs de desfășurare.

„Am început Zap știind că avem o tehnologie care era unică și în afara status quo-ului, așa că am depășit definitiv acest semn de temperatură ridicată a electronilor și văzând aceste rezultate în un jurnal de fizică de prim rang este o validare majoră”, spune Conway. „Cu siguranță avem provocări mari în față, dar avem toate ingredientele pentru a le rezolva.”

(Fluierul)