聚变靶标燃料制造时间缩至数小时
摘要
Inertia Enterprises与Lawrence Livermore美国国家实验室合作，开发出低温冷冻氘-氚薄层快速制造工艺，将靶标燃料生产时间从数天缩短至数小时，降低成本、氚持有量与监管负担，为聚变示范电站的燃料充注奠定基础。
据该公司介绍，Inertia Enterprises与Lawrence Livermore美国国家实验室开发了一种用于其靶标设计中低温冷冻氘-氚（D-T）薄层的制造工艺，将生产时间从数天缩短至数小时。
这一进展使靶标燃料充注成本更低，并减少了Inertia在示范电站需要持有的氚量，从而降低材料操作成本、监管负担以及对稀缺燃料库存的依赖。
一个ICF靶标：Inertia紧密遵循已在LLNL的国家点火装置（National Ignition Facility）上得到验证的惯性约束聚变方法，包括其燃料芯块的设计，其中D-T气体被包裹在涂覆于微小碳球内壁的一层冷冻D-T薄层之内。
在NIF，直径2毫米的燃料靶丸表面必须非常光滑；微小的缺陷会引起不稳定性，可能扰乱或阻止内爆。据Inertia介绍，NIF的燃料生产过程可能需要长达一周时间，并需多次尝试和人工干预，这在聚变示范电站是不可持续的。Inertia表示，其计划每分钟注入燃料数百次。
Inertia表示，该团队的工艺可在两到三小时内生产出符合设计公差的D-T层，并使用与设计点火相同的LLNL代码进行了验证。
“这些快速生成的冰层在许多方面可与耗时长得多的NIF冰层相媲美。而且Inertia的靶标设计采用了比NIF厚得多的冰层，对冰层缺陷更具鲁棒性。缺陷的影响随冰层厚度成比例减弱，因此在NIF上有问题的沟槽在Inertia的尺度上是可以接受的，”LLNL惯性约束物理学家和靶丸建模团队负责人Chris Weber说。
Inertia的设计还有一个优势，即激光能量高得多——达到10 MJ，而NIF为2 MJ——这将允许对不完美之处有更高的容忍度，并应能使该公司将制造时间缩短至一小时以内，Inertia表示。
“据我所知，这是对D-T冰层成层最全面的检验，考察了决定冰层质量与成层所需时间的各种关键实用参数，证明其在两方面均符合[惯性聚变能]的需求，”NIF物理集成副主任Abbas Nikroo说。
待完成的工作：Inertia在迈向聚变示范电站的过程中仍有若干挑战需要克服，包括其燃料制造工艺。根据其商业化路线图，该公司计划将燃料碳壳的制造工艺工业化，制造经济型的用于固定聚变靶标的薄膜，并演示靶标的自动化批量装配。
今年4月，LLNL与Inertia签署了一项协议，涵盖对该公司规划的聚变示范电站至关重要的若干系统的研究、开发和原型制造。据《独立报》7月的一篇文章报道，该公司全额资助在LLNL工作的“约50名人员”的岗位。
Inertia的首席科学家兼联合创始人Annie Kritcher曾是2022年在NIF首次实现点火的团队成员。
“在公司如此早期的阶段取得这一商业化靶标燃料充注的里程碑式成就，离不开我们与LLNL的紧密合作，这些合作通过我们的靶标制造和物理设计战略合作伙伴项目（Strategic Partnership Projects）授予，”Kritcher说。“通过与靶标制造领域的顶尖专家合作，开发出了一种新的快速燃料充注方法，使从NIF走向商业化聚变能生产成为可能。通过我们的物理设计SPP，验证了这种燃料充注工艺对Inertia设计的影响。”