硬件|Zap Energy核聚变技术获突破：使车库大小的反应堆商业化或将实现
核聚变是一个令人难以置信的复杂科学问题，研究人员正从各种角度进行研究，而Zap Engergy正通过一种不太知名的方法开始掀起波澜 。这家位于西雅图的初创公司已经为其Z-pinch核聚变技术取得了一个重要的里程碑，现在它正在努力通过模块化、车库大小的反应堆使其成为商业现实 。
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这些反应堆可以扩大规模以将这种实验性的能源形式带到电网中 。
核聚变研究的目的是重现太阳内部的过程，在那里，强烈的热量和压力结合起来产生等离子体，其中原子核融合在一起从而释放出能量 。这一领域的大部分努力都集中在对复杂磁场的利用，将这些等离子体流悬浮在像甜甜圈或扭曲的环形反应堆内，这将是ITER的游戏名称，这个世界上最大的核聚变反应堆将在本十年后开始运行 。
Z-pinch虽然提出的是一条非常不同的前进道路，但最终可能被证明是更便宜和更有效的 。这是因为Z-pinch系统不是由昂贵的磁线圈和昂贵的屏蔽材料组成的复杂网络来保护它们，而是依靠在等离子体本身产生的电磁场 。这将等离子体钉在一个相对较短的柱子内并“夹住”它，直到它变得足够热和稠密从而发生核聚变 。
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2019年，华盛顿大学一组科学家想出了一个解决不稳定问题的办法 。据了解，这些问题自20世纪50年代开始以来就一直困扰着Z-pinch技术 。当时，该小组利用流体力学中已知的剪切轴流展示了一种平滑等离子体流的方法，这可以帮助防止历史上使其崩溃的隆起和扭曲的发生 。
与此同时，该研究的作者之一Uri Shumlak一直在寻求利用这种剪切轴流技术，从而使Z-pinch核聚变技术能够成为现实，为此，他在2017年共同创立了Zap Energy 。上周，该公司实现了其旅程中的一个关键里程碑--在其名为FuZE-Q的原型反应堆内创造了首批等离子体 。
担任Zap Energy首席科学官的Shumlak说道：“长期以来，Z-pinch一直是实现核聚变的一种有吸引力的方式，但多年来研究人员认为Z-pinch的等离子体不稳定性是一个无法克服的挑战 。我们已经通过模拟和实验表明，剪切流可以稳定聚变等离子体，而且这种稳定性应该扩展到商业上可行的规模 。自从这项技术走出实验室以来，Zap Energy团队取得了快速的进展，特别是最近团队和投资的增长 。”
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该团队以前曾在500千安培(kA)的电流下演示过等离子体，这是其以前的原型反应器能够处理的最高电流 。但电流越大，等离子体的温度和密度就越高，考虑到这一点，下一代FuZE-Q被设计为可容纳650kA的电流 。该团队的科学建模表明，这是将发生收支平衡的点，即从该设备中出来的能量大于操作它所需要的能量，即Q=1 。
“FuZE-Q是我们建造的第四代Z-pinch设备，无疑是最有雄心的，”Zap Energy首席技术官Brian A. Nelson说道，“我们把它设计成多功能、有弹性和可调整的，这在我们提高电流、温度和密度的过程中将是至关重要的 。”
Zap Energy团队刚刚完成了1.6亿美元的C轮融资，这将进一步推动其将聚变能源形式推向市场的努力 。由于不需要像其他方法那样使用昂贵的磁铁或高功率激光器，该公司设想通过大规模制造的反应堆来实现这一目标，这些反应堆小到可以放在车库里 。这些模块化的设备可以部署在偏远的社区从而为其提供电力，或将其组合起来并扩大规模以为整个城市提供能源 。
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Zap Energy总裁Benj Conway说道：“为了成为一种实用的能源，我们需要远远超过Q=1，但如果你想让核聚变及时进入电网对地球产生影响，那么在一个小型、廉价的平台上快速迭代的能力是绝对重要的 。我们可以以比其他方法快得多的速度设计、建造和测试系统，而且我们正在平行地研究我们在盈亏平衡的另一边将需要的技术 。”
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