LM26等离子体突破1千电子伏
摘要
General Fusion的LM26磁化靶聚变装置通过低速压缩实现超过1 keV的电子温度,汤姆孙散射与极紫外诊断结果相互印证,并确认约0.46 keV的离子加热。装置将升级以冲击10 keV和劳森判据,目标是2028年实现聚变净能量增益、2035年建成聚变电站。

General Fusion宣布,该公司已实现压缩等离子体加热,并产生了超过1 keV的电子温度。这一温度由该公司与U.K. Atomic Energy Authority合作,使用汤姆孙散射法测得。
1 keV阈值被视为一个关键里程碑,因为它证明了产生并控制聚变相关等离子体温度的能力。苏联T3托卡马克最先达到这一阈值,相关成果于1968年公布,次年由英国物理学家使用汤姆孙散射法独立验证。尽管General Fusion并非首家达到这一阈值的聚变公司,但这是该公司采用低速压缩的独特磁化靶聚变方法首次实现这一成果。
温度测量:汤姆孙散射法需要让激光穿过等离子体,并分析光线如何被其中的粒子散射,从而在不扰动等离子体的情况下进行精确测量。
General Fusion表示,该公司与UKAEA合作使用汤姆孙散射法,在达到峰值压缩前不久测得约1.1 keV的电子温度。该公司已提交一篇介绍这一成果的论文进行同行评审。
UKAEA表示,由于该装置的设计严重限制了诊断设备的接近路径和可视范围,对其应用汤姆孙散射法是一项“重大的技术挑战”。
该机构表示:“尽管存在这些限制,UKAEA与General Fusion的诊断专家仍共同设计并调试了一套汤姆孙散射系统,成功测量了接近峰值压缩工况下的等离子体。”
General Fusion使用了由UKAEA设计的一台多色仪。该设备位于UKAEA新设立的Diagnostic Innovation Center of Excellence设施,该设施负责开发用于聚变系统的先进测量技术。
该公司还开展了绝对极紫外诊断。公司称,其结果与汤姆孙散射法测得的变化趋势高度一致,并在峰值压缩期间测得约1.2 keV的电子温度,从而验证了相关结果。另一篇包含这些结果的论文也已提交。
研究人员还利用中子产额和等离子体密度分布测量结果,以及诊断数据的时间依赖重建,推断出约0.46 keV的离子加热水平。
该公司表示:“综合所有结果,我们观察到等离子体温度、密度和磁场均如预期般升高,形成了一幅一致且相互印证的图景:等离子体保持稳定,并且仅通过低速压缩就实现了升温。”
聚变方法:General Fusion的示范装置Lawson Machine 26(LM26)采用磁化靶聚变,通过毫秒量级的压缩对磁约束等离子体进行加热,这被视为低速压缩。该装置使用电磁θ箍缩使固态锂内衬发生内爆。这种方法不需要超导磁体或高功率激光器。
LM26于2024年完成组装,并于2025年实现首次等离子体和首次等离子体压缩。
据General Fusion称,LM26正在进行升级,以实现该计划的下一个里程碑,即通过压缩加热达到10 keV,随后向劳森判据迈进。
尽管LM26不对这些要素进行试验,但General Fusion计划使用环绕聚变腔室的液态锂壁增殖燃料、保护装置免受中子损伤,并将其用作换热器以实现能量转换。一个由活塞组成的旋转腔室将压缩等离子体周围的液态金属,进而压缩等离子体,使其达到聚变条件。
该公司的目标是到2028年实现聚变净能量增益,并在2035年前建成聚变电站。
1 keV俱乐部:采用多种聚变方法的研究装置已经实现1 keV或更高的电子温度,但仅有少数私营聚变公司报告达到这一里程碑。
2023年,Tokamak Energy发表论文称,其球形托卡马克的电子温度超过1 keV;Helion则报告称,其第七代原型装置采用脉冲磁惯性聚变方法,实现了1 keV的电子温度。2024年,Zap Energy宣布采用剪切流稳定Z箍缩方法,使等离子体电子温度达到1~3 keV,并在Physical Review Letters上发表了相关结果。
相关表态:UKAEA首席执行官Dennis Whyte表示:“等离子体电子温度超过1 keV标志着General Fusion取得了一项重要里程碑,因为获得高温电子是验证聚变约束概念的必要步骤。这一成果反映出General Fusion以及私营部门中采用多种聚变方法的其他企业正在取得切实进展;与此同时,与UKAEA的合作及其专业知识贡献,凸显了稳健的公私合作伙伴关系对于广泛推动聚变发展和共享科学成果的价值。”
General Fusion首席执行官Greg Twinney表示:“LM26达到超过1 keV的电子温度,同时确认了离子加热并获得相互印证的AXUV数据,这是General Fusion向前迈出的重要一步,也是对我们历经20多年开发的方法的一次有意义验证。这表明我们正在按照为LM26制定的技术路线图推进,并增强了我们迈向下一个目标的信心,即达到10 keV、满足劳森判据,并以商业规模实现实用且经济的聚变发电。”
