Zap FuZE-3聚变装置创压力新高

FuZE-3装置是Zap公司首个配备第三个电极的系统，将负责等离子体加速和压缩的力分离开来。该公司在加利福尼亚州长滩举行的美国物理学会等离子体物理分会会议上公布了这些初步试验的详细信息。

“FuZE-3与Zap之前的系统相比有一些重大变化，看到它这么快就表现得这么好，真是太棒了，”实验物理负责人Colin Adams表示。

聚变能发电依赖于极高温和高密度的等离子体。高压结合了温度和粒子密度，对于通过聚变反应产生能量至关重要。聚变装置要么追求最大压力，要么追求延长约束时间；Zap的剪切流稳定Z箍缩方法旨在同时实现这两个目标。

FuZE-3迄今为止测量的最高电子压力为830兆帕。由于等离子体由电子和离子组成，且它们的温度预计相当，总等离子体压力估计为1.6吉帕。这个压力大约是大气压的一万倍，是马里亚纳海沟最深点压力的十倍。

等离子体压力维持了约一微秒，并使用光学汤姆逊散射进行了测量。最近的试验活动记录了重复的放电，显示电子密度在3到5×10^24每立方米之间，电子温度超过1千电子伏特，相当于2100万华氏度。

“这是团队的一项重大努力，之所以成功，是因为理论预测、计算建模、快速建造和试验工程、实验验证以及测量专业知识的紧密耦合循环，”研发副总裁Ben Levitt表示。“使用较小的系统，我们能够快速行动，在性能和可比聚变装置相比体积和成本只有一小部分的系统中取得这些成果，是使这项成就如此重要的一个重要部分。”

FuZE-3是Zap的第三代装置，也是其剪切流稳定Z箍缩实验系列的第五个装置。最初的FuZE装置超过了1千电子伏特的温度，现已退役。FuZE-Q——在等离子体产生和中子产额方面最强大的装置——继续与FuZE-3并行运行。

FuZE-3专门设计用于达到三重积的新水平，这是一个将密度、温度和约束时间相乘的聚变指标。创新包括三个电极和双电容组。

之前的Zap实验使用具有一个电脉冲和两个电极的系统，需要一个电源来同时加速和压缩等离子体。Adams表示：“独立控制等离子体加速和压缩的能力为我们提供了一个新的物理调节旋钮，可以增加等离子体密度。双电极系统在加热方面很有效，但缺少我们理论模型中针对的压缩。”

尽管压力非常高，Zap的方法是一种准稳态磁约束形式，与使用强激光或快速压缩的装置所追求的惯性约束聚变技术不同。持续的等离子体加速和压缩控制仍然是他们聚变方法的关键。

FuZE-3的结果仍是初步的，进一步的科学研究活动仍在继续，团队计划在学术期刊上发表论文。“我们才刚刚开始使用FuZE-3，”Levitt表示。“它最近才建成并投入使用，我们正在生成大量高质量、高重复性的放电，并且有足够的空间继续在聚变性能方面取得快速进展。在我们继续朝着商业聚变迈进的过程中，我们将把FuZE-3的经验教训整合到下一代系统中。”

Zap Energy预计今年冬季将推出另一款下一代FuZE装置，同时进行电站工程和Century示范平台的工作。

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