磁化内衬惯性核聚变

磁化内衬惯性核聚变(英語:Magnetized Liner Inertial Fusion, MagLIF),是一种产生能量的方法,该方法用100纳秒电脉冲产生强烈的Z-pinch英语Z-pinch磁场,向内压碎装有燃料的圆柱形金属衬管(空腔)。电流通过这个金属管。金属管内爆之前,里面的聚变燃料(如氘-氚)被激光预热,并且这些燃料被包在一个磁场里。桑迪亚国家实验室正在利用Z脉冲功率设施(Z机)产生的能量来探索这种方法的可能性。

MagLIF的概念

磁化内衬惯性核聚变既具有惯性约束聚变(使用激光和脉冲压缩)的特性,也有磁约束聚变(利用强力磁场约束等离子体并抑制热传导)的特性。发表于2012年的LASNEX计算机程序模拟的结果是,设施电流达到70兆安时,就能够产生所消耗能量1,000倍的能量,这是一个很壮观的前景。而60兆安的设施则会产生100倍的收益。桑迪亚国家实验室目前的实验设施,即Z脉冲功率设施(Z机),可达到27兆安电流,这可产生稍多于盈亏平衡点的能量,同时还可以验证计算机模拟的结论。[1]Z机器在2013年11月进行了磁化内衬惯性聚变实验,预期2018年使用氘-氚燃料达到盈亏平衡。[2]

桑迪亚实验室计划完成以下实验后继续做点火实验:[3]

  1. 大量能量输入时衬管不至于过快破裂。最新实验已明显证实了这一点。这种障碍是磁化内衬惯性核聚变初始设想最为关注的问题。
  2. 激光预热能够正确地加热燃料——由2012年12月开始的实验确认这一点。
  3. 磁场由位于空腔上下的一对线圈产生,用来约束预热过的燃料,更重要的是抑制热传导,防止目标靶过早变形

完成这些实验后,2013年11月开始集成实验。实验得到了1010个高能中子,这可以与国家点火装置(NIF)在大约同样长时段内得到的1016个高能中子做对比。[2]预期在2018年达到使用氚-氘燃料能量平衡的实验目标。[4]

截至2013年11月,桑迪亚国家实验室该设施已达到以下性能:

  1. 10特斯拉磁场
  2. 2千焦耳激光
  3. 16兆安电流
  4. 氘-氘燃料

为了实现科学上的盈亏平衡,该设施正在做为期5年的升级,目标是:

  1. 30特斯拉磁场
  2. 8千焦耳激光
  3. 27兆安电流
  4. 氘-氚燃料处理

参阅编辑

参考来源编辑

  1. ^ Slutz, Stephen; Roger A. Vesey. High-Gain Magnetized Inertial Fusion. Physical Review Letters. 12 January 2012, 108 (2) [11 April 2012]. Bibcode:2012PhRvL.108b5003S. doi:10.1103/PhysRevLett.108.025003. 
  2. ^ 2.0 2.1 Gibbs WW. Triple-threat method sparks hope for fusion. Nature (journal). 2014, 505 (7481): 9–10. Bibcode:2014Natur.505....9G. PMID 24380935. doi:10.1038/505009a. 
  3. ^ Dry-Run Experiments Verify Key Aspect of Nuclear Fusion Concept: Scientific 'Break-Even' or Better Is Near-Term Goal. [24 September 2012]. (原始内容存档于2013-11-06). 
  4. ^ Cuneo, M.E.; 等. Magnetically Driven Implosions for Inertial Confinement Fusion at Sandia National Laboratories. IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE. [11 January 2013]. (原始内容存档于2014-11-12).