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极低成本的小型氢硼聚变发电机制造商—LPP Fusion的最新燃料测试结果如何?

2024-11-27 10:19     来源:可控核聚变     氢硼聚变 核技术

LPP Fusion是一家致力于开发聚变能源的公司,其主要技术是Focus Fusion,即利用DPF设备(密集等离子聚焦装置,Dense Plasma Focus)和无放射性废料的燃料来实现聚变反应。与其他氢-硼聚变商业公司相比,LPP Fusion以其紧凑的DPF技术和低成本目标而独具特色。

LPP Fusion目标

DPF设备的核心是电极,这些电极能够将等离子体中的丝状物“聚焦”到一个点,称为等离子体点(plasmoid),聚变反应就在此发生。由于DPF设备无需外部磁铁或激光,设备紧凑且构造简单,整个设备可以放在一个小房间里,这使得其成本非常经济。当前,LPP Fusion使用的聚变实验装置FF-2B的建造成本不到50万美元。

在燃料选择上,LPP Fusion的目标是使用无放射性废料的燃料,所以他们特别关注氢-硼(pB11)燃料,这种燃料产生的聚变反应不产生中子,不会产生任何放射性废物,硼在自然界储量丰富且容易获取,这使得氢-硼聚变燃料供应链更为稳定和可持续。因此从理论上来说,Focus Fusion能源发电机可以产生几乎无限的环境清洁能源。

公司最终愿景是设计一个小型的5 MWe(兆瓦电力输出)无中子p-B11 Focus Fusion发电机,其中大约2/3的聚变能量以离子束的形式释放,可以通过先进的变压器产生电力,剩余的1/3能量以X射线形式释放,可以通过多层光电设备捕获。

Focus Fusion发电机成本极低,每瓦成本约为十分之一美元,每千瓦时电能成本为半美分,远低于当前可用的任何能源。预计工作原型发电机可以在2026-2030年之前准备好并投入生产。

最新燃料测试结果

近日,LPP Fusion首席科学家埃里克·莱纳(Eric Lerner)在马来西亚吉隆坡举行的第17届国际等离子科学与应用会议上对外宣布了在FF-2B聚变装置中使用氢-硼燃料的测试结果。

LPP Fusion分别于11月1日和4日在FF-2B装置上第一次使用十硼烷(一种氢和硼的化合物)进行了两次实验放电。但是由于加热系统不完善,这些初步测试尚未达到聚变反应所需的条件(真空室内的十硼烷气体压力达到1.5托),初步测试的十硼烷气体压力只达到了0.8托。这意味着等离子体的压缩不足,所以未能产生足够的密度和温度来启动聚变反应。

事实上,要想顺利启动聚变反应,需要将真空室所有部分的温度都保持在80到90摄氏度之间,这很有必要但同时也十分棘手。这是因为十硼烷在室温下是固态粉末,需要通过加热以释放出足够的蒸汽来填充真空室。但是,就像水蒸气会在冷表面上凝结一样,十硼烷蒸汽也会在室内任何较冷的表面上凝结,而且仅仅通过增加热量是无法避免出现这些冷点的。另外,十硼烷在100摄氏度时会熔化,熔化将大大减少其表面积,使得蒸发过程变慢。同时设备中的聚酯薄膜绝缘也必须保持在110摄氏度以下以避免损坏。

虽然LPP Fusion的最新测试并没有达到聚变条件,但是测试也产生了一些令人鼓舞的结果。

首先,11月1日的放电产生了压缩(如图1所示),尽管压缩很小,但却只利用了所需气体的一半,这表明在正确的压力下,实现强大的压缩应该不会太困难。

图 1.这是使用十硼烷燃料第一次实验放电的电流变化率图表,该图显示了 2.7 微秒处存在小幅下降,表明发生了小的收缩。

此外,Eric Lerner曾预计放电后十硼烷的化学分解会严重覆盖真空室的窗户,使它们完全被遮挡。然而情况并非如此,第二次射击的窗户足够清晰,可以获得良好的光学光谱,显示出预期的硼线(如图2所示)。

图 2.这是第二次十硼烷实验放电的光谱,显示了硼(用 B 标记)线,以及来自阳极(最左边)的铍(Be)和来自氧化物(最右侧)的氧(O)。

基于这些初步结果,LPP Fusion将在热工程师协助下加快完善加热系统,预计在12月能够解决真空室“热泄漏”问题,并在今年年底前再次尝试启动聚变反应实验。



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