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评估紧凑型聚变的潜力

玩必威棋美国航空航天公司主办了一个研讨会,召集ARPA-E、NASA、DARPA、DIU和商业聚变部门的成员讨论紧凑型聚变能力和开发中的原型的技术要求。
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长期以来,研究人员一直在探索通过聚变氢原子来利用太阳能量过程的潜力。核聚变产生大量的能量,有朝一日可能会为地球提供电力,并为整个太阳系的火箭提供动力。

近一个世纪的研究和实验已经产生了一些很有前途的核聚变发电的候选能源——其中最成熟的仍是规模庞大的核聚变发电,其理论上的用途仅限于大型地面电网。然而,核聚变研究的一个结论是,规模越大,在经济或商业上未必越好。这种认识推动了紧凑型聚变反应堆概念的发展。

为了帮助推进关于紧凑型聚变及相关技术的投资和创新的讨论,航空航天公司最近与三个美国联邦机构、私营部门创新者和学术研究人员举办了一次技术研讨会。玩必威棋

“聚变引擎或反应堆越紧凑,我们将看到更多的应用,”航空航天商业项目开发经理、三机构紧凑聚变研讨会的活动主席Julie Reiss说。“将这些系统变得更小,提高效率,减少资源需求,开辟了各种各样的应用,可能会带来能源输送的革命。”

参加此次研讨会的有来自美国能源部高级研究计划局(ARPA-E)、美国宇航局空间技术任务理事会(STMD)、国防高级研究计划局(DARPA)的国防科学办公室和美国国防部的国防创新单位(DIU)。

“这次研讨会对于机构了解协同增效推进商业紧凑型聚变社区的融资机会非常重要。机构与将开发紧凑型聚变技术的行业领导者分享了对该技术的看法和要求。”

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聚变是恒星,比如太阳,产生大量能量的过程。核心内部强烈的引力压力使两个氢原子结合形成一个氦原子,从而引发聚变反应。

释放聚变的潜力

美国国防部高级研究计划局(ARPA-E)、美国国家航空航天局(NASA)、美国国防部高级研究计划局(DARPA)和美国国防部高级研究计划局(DIU)的代表概述了各自机构对紧密型核聚变能力的兴趣,并讨论了协调整个政府的方法,以加快开发和提高商业可行性。ARPA-E项目总监Scott Hsu博士指出,小型单元(从空间占用和峰值发电能力方面)的紧凑核聚变方法对一次能源发电和一系列空间和国防应用具有潜在的吸引力。

徐道辉说:“太空或国防应用虽然对核聚变的探索较少,但与竞争激烈的商业发电市场相比,它们的技术经济限制可能会减少,这是有原因的。”“当然,微型和小模块的聚变系统也将有地面商业电力和能源应用。从长远来看,紧凑型核聚变技术可能会成为一项颠覆性技术,开启当今不存在的新市场、应用和可能性。”

徐道辉补充说,核聚变空间推进“可能是紧凑核聚变的首次应用中‘最容易实现的果实’,而地月灵活性和载人火星等任务似乎引起了人们的浓厚兴趣。”

Ron Litchford博士,NASA STMD的首席技术专家,详细阐述了紧凑聚变在太空中的潜力。他说:“从长远来看,美国宇航局将先进的高能核过程和概念视为转型、快速过境和空间推进能力的潜在基础,这可能打开整个太阳系,使其进入蓬勃发展的科学、探索和商业发展,并开辟我们进入星际空间的道路。”“在这方面,紧凑型聚变特别有趣,因为在许多适用于低比质量、高比脉冲空间推进应用的概念上,正在取得广泛的研究进展。”

来自美国各地的几位学术研究人员、来自开发原型能力的多名行业代表以及专注于星际旅行技术研究的非营利组织Limitless Space Institute参加了此次研讨会,以提供紧凑融合技术进展的最新情况。

螺旋空间公司(Helicity Space Corporation)聚变推进联合创始人兼首席科学家Setthivoine You博士指出,几十年的细致研究和科学发现解决了许多以前被认为是紧密型聚变解决方案“无法克服”的挑战。

“一项发现——剪切流可以稳定等离子体——表明了紧凑的聚变概念,以前被认为是固有不稳定的,现在可以达到与早期传统托卡马克反应堆相同的性能,而且复杂性要低得多,”You说。“这些科学发现结合了新技术和新材料——如磁铁、超级计算机、人工智能、高级诊断等等——显示了核聚变的前景是光明的。我们认为,更多可行的选择将为核聚变提供更多机会、更高的成本效益和更广泛的应用领域。”

聚变工业协会(FIA)首席执行官安德鲁·霍兰德(Andrew Holland)对该行业近年来的快速转型发表了评论。

“民营核聚变行业的好处之一是,它能对市场需求做出反应。显然,人们需要更快、更强大的空间推进技术,聚变工业正在迅速创新以满足这一需求。”“我们的研讨会表明,太空界对此有明显的兴趣,国际汽联成员正在寻求各种技术方法来迎接挑战。”

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核聚变技术的进步可能会为新的创新铺平道路,比如更强大的空间推进解决方案,甚至可能是星际旅行。

合作推进紧凑型聚变技术

Hsu指出,广泛的利益相关者对紧密型聚变感兴趣,并强调其应用的多种多样的市场,以及政府内部和私营部门的合作,将刺激研究和技术成熟。

Hsu说:“美国能源部、美国宇航局和国防部有一个及时的机会来进一步定义、追求和支持协调一致的活动,以加速紧凑型核聚变的发展。”“广泛的政府和利益相关方支持应用研究,以提高紧凑核聚变方法的性能,实现能源收支平衡,同时更好地定义短期优先空间和国防应用的技术要求,可以加速紧凑型聚变技术的开发和演示,并确保美国在这一关键和变动性技术方面的领导地位。”

利奇福德说,研讨会参与者对紧凑型聚变的研究准备和技术前景的共识与社会需求和政府对其能力的接受程度相吻合。

“通过协调和持续的研发投资,基础技术有可能通过实现快速深空运输能力、能源经济脱碳和改善气候问题、确保国家安全的空间主导地位,为解决高度优先的社会挑战贡献真正的解决方案。以及重振国家经济竞争力。”因此,紧凑型融合技术是一项积极的全政府研发计划的有力候选人。应该高度优先考虑协调的多机构快速研究和先进投资,以可行性证明里程碑为目标,这将消除主要科学风险,证实技术可行性,并建立通向实验室规模的原型示范成果的令人信服的技术发展路径。”

紧凑型融合创新方面的对话和合作将继续进行。6月15日,作为ASCENDx峰会的一部分,Reiss主持了一个专题讨论会,讨论了题为“空间动力和推进的聚变新机遇”的专题。加速太空之路.你们参加了小组讨论,对更广泛的空间界对紧凑型核聚变能力的持续兴趣和发展表示兴奋。

尤说:“星星似乎正在校准:研讨会确认,现在是三个主要政府机构与产业界和学术界联合起来进一步加速紧凑聚变发展的合适时机。”“这个规模小、孕育时间长的领域现在发展迅速,非常适合机构任务的重叠部分,与行业的合作有助于利用投入到这项国家努力中的资源。影响可能是巨大的。”


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