Helion Energy 将产生超过 1 亿摄氏度的核聚变

美国 Helion Energy 公司的第6 台聚变发生器原型Trenta已超过 1 亿摄氏度。Helion Energy的突破性技术包括使用脉冲聚变系统和小型装置，并使用由氘和氦 3 (D-³He) 制成的燃料。达到这样的温度证明了该系统是可靠的，并证实了 Helion Energy 的项目使用他们的脉冲聚变、无点火装置来开发中性发电厂

Helion Energy 的一位代表解释说，能源效率是 Helion 方法的基础。“我们直接将聚变能转化为电能，这意味着我们不需要“点火”，并且可以以低得多的净能量 [Q] 值产生净电能。我们现在面临的挑战主要是工程挑战，而不是科学挑战。”

聚变能

通过为气候变化提供可靠的基本能源解决方案，Fusion能够满足日益增长的能源需求。该公司认为，依赖可再生能源并不是应对气候危机的正确关键。世界需要新的突破性解决方案，而核聚变可以解决不断增长的需求。

因此，增加对聚变能源技术开发的投资正在导致人们对创造丰富可靠的电力解决方案持乐观态度。

尽管如此，融合仍面临挑战和障碍：其中之一涉及电网升级的需要。Helion Energy 的一位代表解释说，他们的技术并非如此：“Helion 的聚变发电机结构紧凑，使用少量燃料，并且可以 24/7 全天候运行。因此，Helion 电力设施的主要优势之一是它们可以直接插入现有的传输基础设施并取代当前基于化石燃料的发电，而无需对额外的基础设施进行大量投资。电网级传输基础设施是与传统聚变方法相关的大规模千兆瓦级电力的需求，” Helion 代表说。

他还补充说：“聚变是零碳基荷动力的丰富来源，但与裂变不同的是，聚变不会产生失控的连锁反应。如果出现问题，融合就会停止。聚变也不产生任何长期废物，也不能武器化，”

Helion Energy 的 Trenta原型

Helion Energy 的系统由磁铁组成，这些磁铁从 40 英尺加速器的两端将两个 FRC 加速到 100 万英里/小时。然后它们在中心碰撞。当 FRC 在系统中心碰撞时，它们会被磁场压缩，直到达到融合温度。在此温度下，氘和氦 3 离子快速移动，克服相互排斥的力，使离子结合或融合。这会释放能量，等离子体膨胀，推回磁场。磁场的变化会感应出电流，从而为电力负载供电（图 1）。

Trenta 在聚变条件下合并和压缩高 Beta 场反转配置 (FRC) 氘等离子体，在高于 8 keV 离子温度和 1 keV 电子温度的情况下批量实现 9 keV 总等离子体温度（超过 1 亿摄氏度）。2018 年，其第5代原型产生了 7 T 的磁场，并在高密度下达到了 2 keV 的离子温度。

图 1：Helion 的系统框图（来源：Helion Energy）

场反转配置 (FRC) 设备以自稳环面的形式将等离子体限制在闭合的磁场线上。它们与 spheromak 一起被认为是紧凑型环形融合设备的一部分。FRC 装置的等离子体通常比球状体拉长。

通过 X 射线光谱、1550 nm 干涉测量、轫致辐射光发射测量和中子诊断进行的一系列分析证实了 Trenta 在热核聚变条件下的广泛和可重复运行。在测试期间进行了广泛的 MJ 级放电，包括在热核聚变条件下聚变和压缩高 β 场反转配置 (FRC) 氘等离子体以及相关的聚变产物通量。

“FRC 是一种稳定、自给自足的等离子体，可以加速并过热至 100 M°C+。此外，FRC 具有高 Beta 值，可以直接重新捕获电力，并且不需要粒子束、激光、超导体或反物质，”Helion 代表说。

“无论天气或一天中的什么时间，我们的设施都可以连续运行，这是基荷电源的理想选择。此外，它们结构紧凑，可在 20,000 平方英尺的空间内产生 50 MW 的电力。此外，我们的聚变燃料大量存在于水中。地球的海洋含有足够的聚变燃料，可以在不影响环境的情况下为地球提供数十亿年的动力。一杯 Helion 的聚变燃料将产生足够一个家庭使用 865 年的电力。Helion 的代表说，如果不考虑补贴或规模经济，从第一天起，Helion 产生的基本负荷电力预计将与化石燃料具有成本竞争力。

拥有能够支持聚变能源的电源管理技术是必不可少的。Kirtley 说，Helion 的脉冲磁聚变方法的一项使能技术是高功率半导体开关，它能够高效、快速地将能量输入到聚变反应中。

“现代千兆赫级光纤触发、监控和现场可编程门阵列 (FPGA) 处理使 Helion 的聚变系统能够可靠、同步和高效地运行。在发电机规模上，提供可靠且可调节的电力的能力使 Helion 能够负载跟随现有的可再生能源发电，从而无需新的电力管理或存储技术，”Helion 代表说。

聚变能的发展是一项世界级的挑战，涉及许多国际科学、技术和工业领导者。他们都将自己的经验和技能用于为革命性技术服务。先进的计算解决方案还可以使用高度复杂的数学模型来描述等离子体的物理特性并模拟其行为。当聚变技术成熟到可以应用于工业时，它将开创一个前所未有的局面，最终可以保证清洁、安全和可持续能源的广泛供应。

审核编辑 黄昊宇