Tokamak Energy 正在研究使用球形托卡馬克和高溫超導 (HTS) 磁體的組合進行聚變。據托卡馬克稱，新電力電子設備的測試顯示效率是之前系統(tǒng)的兩倍。

Tokamak Energy 宣布創(chuàng)建并全面測試低溫電力電子技術，以實現其超導磁體的高效運行。該公司正致力于結合使用球形托卡馬克和高溫超導 (HTS) 磁體進行聚變。據 Tokamak Energy 稱，新電力電子設備的測試表明，其效率是之前系統(tǒng)的兩倍，從而大大降低了冷卻 HTS 磁體所需的功率，從而降低了未來聚變發(fā)電廠的成本——這對于商業(yè)化和規(guī)模化至關重要技術。

超導磁體在托卡馬克系統(tǒng)中用于集中和隔離等離子體，使其能夠達到聚變所需的高溫。低溫冷卻是眾多能源問題之一。真空低溫恒溫器內的新型功率轉換器具有更高的效率，構成了新的解決方案。

2020年，美國能源部授予托卡馬克能源多項資助，讓他們與美國國家實驗室系統(tǒng)的知名專家形成合作。ST40 是與橡樹嶺國家實驗室和普林斯頓等離子體物理實驗室合作開發(fā)的。作為參與先進模塊化反應堆 (AMR) 計劃的一部分，英國政府也為其提供了一筆贈款。

聚變能

獲得核聚變——開啟無窮無盡的清潔能源的希望——是今天揮之不去的重大未解之謎之一，就像在 1960 年代初期將人類送上月球是一個無法實現的夢想一樣。許多投資和創(chuàng)新將在不久的將來通向能源的圣杯。

科學家們最初認識到托卡馬克在 1960 年代實現聚變條件的潛力，當時俄羅斯的 T3 托卡馬克實現的等離子體溫度明顯高于當時任何其他聚變機器。

艾倫·賽克斯 (Alan Sykes) 是托卡馬克能源 (Tokamak Energy) 的創(chuàng)始人之一，他于 1980 年代在卡勒姆聚變能源中心 (Culham Center for Fusion Energy) 進行了一項理論研究，證明改變托卡馬克的幾何形狀會對性能產生影響。將球形托卡馬克提高的效率與 HTS 磁體技術提供的良好磁約束相結合，為在更小的設備中實現商業(yè)化和具有成本效益的聚變提供了一條現實的途徑。

托卡馬克裝置嚴重依賴磁場來捕獲帶電等離子體粒子并保持聚變燃料的封閉和高溫。HTS 磁體由稀土銅鋇氧化物組成，呈厚度小于 0.1 毫米的薄條狀。與傳統(tǒng)的超導磁體相比，它們可以產生更大的磁場，同時盤繞成線圈時占用的面積更小。

Tokamak Energy 正與歐洲核子研究中心 (CERN) 合作開發(fā)高溫超導磁體，以創(chuàng)造一項專利技術，該技術可擴展至聚變電源模塊所需的大塊磁體。粒子加速器、飛機和其他各種領域都使用高溫超導磁體。

Tokamak Energy 正在開發(fā)兩項核心技術：緊湊型球形托卡馬克和高溫超導磁體。“這些使能技術對于經濟融合的發(fā)展至關重要，”首席執(zhí)行官 Chris Kelsall 說。

該公司聲稱，聚變功率模塊旨在產生 500 兆瓦的熱量或 150 兆瓦的電力。商業(yè)聚變能需要將等離子體加熱到 1 億攝氏度的溫度。Tokamak Energy 目前正致力于通過其 ST40 設計實現該目標。“如果是這樣，托卡馬克能源將成為第一個在受控等離子體中實現這一關鍵里程碑的商業(yè)聚變開發(fā)商，”凱爾索爾說。“然而，我們也相信還有其他關鍵因素對于實現商業(yè)融合至關重要。”

ST40

ST25 之后，Tokamak Energy 旨在產生商業(yè)聚變能的目標已進展到 ST40。該機器在運行的第一年達到了 1500 萬攝氏度的溫度。據 Tokamak Energy 稱，目標是展示 ST40 作為第一臺私人資助的聚變機器的運行，能夠達到商業(yè)聚變所需的溫度——1 億攝氏度——以克服氘和氚離子之間的排斥力，并使它們足夠接近保險絲。

托卡馬克能源

新電源轉換器的測試表明，系統(tǒng)效率可能會進一步提高。Tokamak Energy 首席執(zhí)行官 Chris Kelsall 在新聞稿中表示，有多種方法可以將 HTS 磁體的擁有成本降低 50% 或更多。未來將在 1,000-A 連續(xù)運行和 2,000-A 脈沖運行下展示這種非常高效的電源。

“在 Tokamak Energy，我們預計 2022 年對于全球私人聚變開發(fā)商來說將是激動人心的一年，”Kelsall 說。“COP26 強調迫切需要在全球范圍內部署新的基本負荷清潔能源，以取代碳密集型化石燃料。一旦商業(yè)化，聚變能將是清潔、低成本、安全、豐富和安全的。它為國際社會提供了實現和維持凈零排放的轉型機會。聚變將發(fā)揮的關鍵作用已越來越受到全球投資者的認可，大量股權融資將在 2021 年底部署到私營部門參與者。

“隨著核聚變公司取得進一步的技術進步，明年核聚變商業(yè)化的競爭將更加激烈，”Kelsall 總結道。“在聚變領域內開發(fā)的應用程序將為不同行業(yè)提供大量交叉機會，包括航空航天、工業(yè)和醫(yī)療保健。到 2022 年，公共部門和私營部門將繼續(xù)密切合作，以利用聚變提供的巨大機遇。這對未來是個好兆頭。”

聚變面臨的許多直接工程挑戰(zhàn)都與磁體技術有關。“磁鐵必須足夠強大以容納大量熱物質，但又不能消耗太多電力，以至于聚變反應堆消耗的能量超過其產生的能量。Tokamak Energy 已經生產了自己的超導高溫磁體，可以對等離子體施加巨大壓力，不僅可以用于商業(yè)化聚變，還可以用于航空航天等其他應用，”Kelsall 說。

根據托卡馬克能源公司的研究，聚變是一種零碳能源，不會產生長壽命放射性廢物，并且可以提供具有成本競爭力的能源。由于聚變固有的安全特性，場地要求不如常規(guī)核電嚴格，允許部署在靠近人口和工業(yè)中心的地方。緊湊型融合還具有建造和部署成本更低、速度更快以及能夠充分利用尖端材料和技術的優(yōu)勢。

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