第一光聚变实现脉冲聚变

First Light Fusion 于 2021 年 5 月完成了耗资 110 万英镑的“Big Gun”聚变装置的安装，现已成功结束测试和调试阶段。Big Gun 是英国同类中最大的，长 22 米，重 25,000 公斤。First Light Fusion 总部位于牛津，是牛津大学的附属机构，拥有专家和研究人员团队，并与多家学术机构合作。

First Light 的技术基于惯性约束，它的目标是通过在短时间内将聚变燃料置于极高的压缩率并利用燃料的惯性保持这些条件足够长的时间来触发聚变反应来产生聚变条件。

Light Fusion 的首席运营官 Gianluca Pisanello 在接受采访时表示，聚变正在成为未来更现实的清洁基荷电力来源，并且正在成为整个论点中更重要的元素。“事实上，我们还没有'市场就绪'的聚变能源解决方案，在此之前，我们仍将是一项未来技术，而风能和太阳能等可再生能源正在全球范围内推广，”他说。“人们通常厌恶风险。但是，如果没有人承担风险并实现艰巨的目标，我们现在就不会拥有承担当前脱碳工作的技术。太阳能、风能和电池在 20 年前看起来没有机会，即使在 10 年前，它们看起来也无法在价格上竞争。”

据 Pisanello 称，英国正在投资尖端能源技术。政府最近向球形托卡马克能源生产 (STEP) 计划承诺了超过 2 亿英镑，该计划旨在到 2040 年建造一座具有商业可行性的聚变发电厂。 世界各地还有大量私人投资于清洁能源， 30多家私营公司研究各种聚变技术。

First Light Fusion 的 Gianluca Pisanello

融合技术

聚变是为太阳提供动力的过程。挑战在于让它在地球上非常不同的条件下工作。该奖项是一种安全、清洁和丰富的能源，应被视为减缓气候变化的加速器。“Fusion 在帮助我们实现长期碳目标方面发挥着关键作用，”Pisanello 说。

First Light 的惯性聚变方法旨在通过使用高速飞行的射弹压缩目标来创造所需的极端温度和压力。“与更常见的磁聚变所需的极其复杂的机器（如法国的 ITER）相比，First Light 的设备相对简单，”Pisanello 说。Pisanello 补充说，该公司不打算建造发电厂，但其技术允许现有的发电厂设计人员和建造者基于该技术轻松设计和建造电厂。

需要将原子加热到太阳温度的过程很难完善，特别是如果原子必须长时间保持在该温度下。First Light 将保持温度恒定所需的时间缩短到几分之一秒。它通过将燃料导向快速射弹来实现这一点。因此，融合过程在几分之一秒内发生。First Light 认为，通过采用这种方法，他们将能够避免聚变反应堆建设中一些最困难的方面。

Fusion 没有现有核技术的三个主要缺点：没有长寿命废物、没有熔毁风险，以及工厂没有武器级材料。Pisanello 说，与常规核电站中使用的核裂变不同，聚变不是链式反应。

“对于裂变，必须付出很大的努力来控制反应；有了聚变，就没有连锁反应可以遏制，如果发生意外事件，聚变过程会自然而然地停止——这意味着像福岛这样的悲剧根本不会发生，”皮萨内洛说。“它是一种近乎无限的清洁基荷电源，有可能为我们实现巴黎 2050 年目标做出重大贡献。挑战——或劣势，如果你愿意的话——是我们还没有到那里。正如最近劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火设施 [NIF] 新闻所显示的那样，这项技术正在迅速发展，这是参与该行业的一个非常激动人心的时刻。”

First Light 和 NIF 之间的主要区别在于如何提供输入能量以压缩燃料芯块并创造聚变条件。NIF 采用多向激光，而 First Light 具有单面影响。

“First Light 选择了单面撞击方法来克服其他聚变技术的三个潜在‘阻碍因素’：管理强烈的热通量、防止中子对结构材料的损坏以及产生所需的氚燃料，”Pisanello 说。“First Light 概念的显着优势在于驱动器和聚变能释放区域之间的物理分离。此外，这种分离将聚变过程的物理问题与工程问题分离，从而允许聚变研究中的更快迭代，并在反应容器的设计中提供更大的灵活性。”

重火力

Big Gun 补充了 First Light 的 Machine 3 电磁发射装置，允许团队通过发射更大但“更慢”的射弹来探索不同的参数空间。新枪安装在一个专门建造的 10 毫米钢包结构中，称为 Citadel。

“我们最近完成了名为 Big Gun 的新实验装置的调试，这是一种 22 米长的两级超高速气枪，”Pisanello 说。“新的 38 毫米炮重 25,000 公斤，是英国同类中最大的炮，它发射 100 克弹丸，最大速度可达 6.5 公里/秒或 14,500 英里/小时——是速度的 20 倍。声音——使用多达 3 公斤的火药。”

大炮以超过 6.5 公里/秒的速度向真空室发射射弹，撞击聚变目标——First Light 独特的聚变方法的核心。借助First Light的放大技术，聚变燃料坍缩速度将达到70公里/秒以上，产生30倍地球中心的压力。目标是为融合创造必要的条件。Big Gun 活动包括一系列发射，以展示其惯性约束方法，旨在通过使用高速飞行的射弹压缩目标内的燃料来创造聚变所需的极端温度和压力。

“除了进行持续的实验来证明融合之外，我们同时还在为我们的团队增加新资源以加速其他核心工作流，”Pisanello 说。“这些包括规划我们的原型增益规模实验和进一步的电网规模反应堆开发。此外，我们将牛津总部再扩大了 11,000 平方英尺，以容纳扩大后的科学家和工程师团队以及新设备。”

活力

First Light Fusion 的成立是为了解决全球能源系统脱碳的迫切需要。“然而，在世界的某些地区，仅靠风能和太阳能将无法满足预计的能源需求，”皮萨内罗说。“因此，我们必须对现有的可再生能源和新的清洁能源技术进行投资。我们坚信清洁能源应该相互补充，而不是相互排斥。”

Pisanello 认为，在电力需求持平的情况下，可能可以实现主要基于风能和太阳能的电力系统脱碳。“如果未来 20 年电力需求激增，正如预计的那样，特别是在人口和经济快速增长的地区，那么我们将需要新的清洁发电来源，”他说。

Pisanello 表示，预计到 2040 年全球电力需求将翻一番，到 2060 年，当新技术使更广泛的应用实现电气化时，全球电力需求可能会增加五倍。“First Light 委托进行的研究得出的结论是，到 2040 年，全球风能和太阳能每年可以产生 19,900 TWh，”他补充道。“今天增加了八倍，但仍不到预计需求的一半。因此，虽然快速和最大限度地部署可再生能源是实现 2050 年巴黎目标的关键，但在世界某些地区，仅靠风能和太阳能将无法满足预计的能源需求，因此开辟了清洁基荷电力市场以补充他们。这就是聚变能将发挥关键作用的地方。”

审核编辑 黄昊宇