近期,石油与天然气供应的不确定性持续上升,推动了人们对核聚变等替代能源的关注。众所周知,聚变装置通过环形结构约束高温等离子体实现能量释放。与使用铀燃料、存在熔毁风险、核废料处理难题、核扩散隐患及高昂成本等问题的核裂变不同,核聚变技术具备本质安全性与环境友好性,但目前仍处于研发阶段。
要使聚变真正具备实用价值,其发电成本必须低于化石能源。这一目标在理论上被称为“经济型聚变”,即实现低成本、连续稳定运行。总部位于法国格勒诺布尔的文艺复兴聚变公司(Renaissance Fusion)正引领该方向的技术突破。
该公司由弗朗西斯科·沃尔佩(Francisco Volpe)于2020年创立,现有员工逾百人,累计融资超7000万美元。尤为关键的是,它是全球唯一一家已发表论文、明确阐述其装置可“按设计实现经济型聚变”的企业。该方案依赖多项尚未经实验充分验证的新技术,沃尔佩团队正全力推进相关验证工作,本文将梳理其最新进展。
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热量向外传导机制
聚变装置内部等离子体向外辐射热量,导致腔体内壁升温。为将热能转化为电能,需将热量导出以产生蒸汽、驱动涡轮叶片旋转发电。最直接的方式是将熔融金属泵送至靠近等离子体区域,再向外输送散热。具体有两种路径:一是让液态金属流经内壁板前方;二是让其流经板后方冷却通道。若采用后者,约2毫米厚的金属板将直接暴露于等离子体辐射下,长期运行后必然受损,需停机更换——而拆装整套设备成本极高。因此,更优策略是用流动的熔融金属覆盖并保护金属板,最大限度减少停机维护频率。换言之,液态金属壁结构很可能是实现经济型聚变的关键技术路径,但其有效性仍需实验确证。
沃尔佩团队的液态金属实验进展
沃尔佩团队已建成一套物理实验系统:液态金属在圆柱形腔体内循环流动;超导磁体与电流协同作用,推动金属液沿腔壁自上而下均匀铺展成膜。目前,该系统已成功实现锡液在常温下的循环;下一步目标是于850℃下实现锂液循环——这正是其聚变装置设计所必需的工作温度。易IC库存管理软件
新一代磁体制造技术
文艺复兴聚变装置采用非规则形状磁体压缩等离子体。理论方案提出:可在真空环境中,通过离子沉积工艺,在旋转管材表面3D打印超导层与绝缘层交替结构。图示显示,单根管材可打印约5个异形磁体,12根管材构成完整系统,共生成60个磁体模块。团队已研制出专用设备,可在24厘米宽的带材上打印超导材料——宽度达当前商用超导磁体的20倍,为后续直接在管材表面打印奠定中间技术基础。
文艺复兴聚变是目前全球唯一一家从设计源头确保聚变发电具备成本竞争力的企业,因而成为聚变能源领域最具战略意义的参与者之一。