FuZE（聚變Z箍縮實驗）等離子體發(fā)出明亮的閃光。 圖片來源：美國聚變能源技術(shù)公司Zap Energy

據(jù)最新一期《物理評論快報》報道，美國聚變能源技術(shù)公司Zap Energy采用獨特方法——剪切流Z箍縮，使核聚變溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了1000萬攝氏度，而且該設(shè)備規(guī)模比其他聚變系統(tǒng)小得多。

1000萬攝氏度(大致相當(dāng)于太陽核心溫度)是核聚變溫度的一個里程碑。自人類首次產(chǎn)生聚變反應(yīng)以來的90年里，只有少數(shù)技術(shù)能使聚變等離子體電子溫度達(dá)到1000萬攝氏度。

研究論文詳細(xì)介紹了Zap Energy公司的聚變Z箍縮實驗(FuZE)。對1—3keV(千電子伏特)等離子體電子溫度進(jìn)行測量，大致相當(dāng)于1100萬至3700萬攝氏度。實驗中，電子能夠快速冷卻等離子體，突破了聚變系統(tǒng)的關(guān)鍵障礙。研究人員認(rèn)為，F(xiàn)uZE是目前實現(xiàn)可控核聚變的最簡單、最小且成本最低的設(shè)備。

要產(chǎn)生核聚變首先是產(chǎn)生等離子體，再壓縮加熱由氘和氚(兩種重氫)組成的等離子體使它們的原子核碰撞和聚變。這種聚變反應(yīng)釋放的能量比燃燒相同數(shù)量的煤炭要大1000萬倍，但主要難題之一是使啟動聚變反應(yīng)所需的輸入能量小于其輸出能量。

Zap Energy公司的技術(shù)基于一種稱為Z箍縮的簡單等離子體約束方案。其中，大電流通過一根細(xì)小的等離子體絲輸送。導(dǎo)電等離子體產(chǎn)生自己的電磁場，從而進(jìn)行加熱和壓縮。Z箍縮方法從20世紀(jì)50年代就已存在，主要障礙是其等離子體壽命太短。此次，該公司在等離子體中應(yīng)用了被稱為“剪切流穩(wěn)定”的過程，解決了這一難題。測量結(jié)果表明，聚變等離子體處于正常的熱平衡狀態(tài)。

新技術(shù)不需要昂貴且復(fù)雜的超導(dǎo)磁體或強(qiáng)大的激光器。與其他設(shè)備相比，Zap技術(shù)的成本更低，建造速度更快，而且能夠快速迭代，生產(chǎn)出更廉價的熱核聚變中子。