该设施采用一种创新的方法,不依赖大型激光或托卡马克系统,而是通过强电流直接施加在靶材上。美国初创公司Pacific Fusion正在新墨西哥州阿尔伯克基建设一座价值10亿美元的研发与制造中心。工程师们的目标是在2030年前测试一种新型脉冲功率装置,以实现核物理领域长期以来的技术突破。联合创始人兼首席技术官Keith LeChien博士表示:“美国在让核聚变变得可实现方面取得了诸多创新,Pacific Fusion专注于将这种科学前沿技术转化为工业能力与基础设施,进一步巩固美国的能源领导地位与国家安全。”
该设施的主要任务是展示其净能量的增益。在以往的激光和磁约束聚变实验中,研究人员仅通过比较点燃燃料胶囊所需的能量与聚变产生的能量来评估增益。而Pacific Fusion则通过脉冲功率惯性约束的方式,全面评估整个工厂的效率。设施的净增益意味着,它产生的聚变反应所释放的能量必须超过启动之前机器内部所储存的总电能。目前尚无实验室能达到如此整体电效率。
该系统的工作原理依赖于脉冲功率惯性约束技术,相较于大型激光阵列或托卡马克的磁线圈,这项技术通过将强电流脉冲直接施加至靶材,快速产生极端的磁压力,进一步压缩小型燃料胶囊以引发聚变。为降低成本,Pacific Fusion选择采用模块化标准电气组件,这些组件均由易于获取的工业材料制成。
这项技术的基础则源自桑迪亚、洛斯阿拉莫斯和劳伦斯利弗莫尔国家实验室数十年的科研积累。Pacific Fusion最近完成了一个名为Sirius的原型驱动器的测试,这个驱动器是基于与劳伦斯利弗莫尔实验室的合作协议建造的。Sirius使用阻抗匹配的马克思发生器向负载输送短时间高压脉冲。在测试期间,该原型完成了3000多次连续发射,工程师们利用所获得的数据分析电压稳定性、开关磨损及电路时序,以设计出能为阿尔伯克基工厂提供动力的全尺寸脉冲模块。
阿尔伯克基的示范装置旨在产生每次脉冲超过100兆焦耳的高产能聚变反应,这种输出规模能够产生极端温度和压力,创造高能量密度状态,供物理学家研究材料与辐射在核武器内部条件下的行为。美国政府早在三十年前地下核试验停止时,就已意识到需要这样的实验平台。能源部国家核安全管理局已正式与该公司签署合作协议,重点将放在高能量密度物理、计算机建模、先进材料及脉冲电气网络等领域。
此外,除阿尔伯克基主园区外,Pacific Fusion还在洛斯卢纳斯设有一个硬件组装厂,该设施将负责大规模生产组装所需的模块化脉冲功率级组件。同时,当地的公用事业公司新墨西哥公共服务公司也开始研究未来脉冲功率电厂在电力需求上升时如何为区域电网提供基载电力。LeChien总结道:“今天的开工仪式表明,美国依然能够建造复杂的设施且速度超越包括中国在内的其他国家。”