소형 핵융합 기계가 기가파스칼 압력에 도달했습니다.

FuZE-3은 또한 플라즈마를 가속하고 압축하는 메커니즘을 독립적으로 제어할 수 있는 세 번째 전극을 사용하는 Zap의 첫 번째 시스템이기도 합니다. 초기 발견은 캘리포니아주 롱비치에서 열린 미국물리학회 플라즈마물리학부 회의에서 공유되었습니다.

실험 물리학 책임자인 Colin Adams는 “FuZE-3에는 Zap의 이전 시스템과 비교하여 몇 가지 큰 변화가 있으며, 이렇게 빨리 성능을 발휘하는 것을 보니 정말 좋습니다.”라고 말했습니다.

극압이 핵융합에 중요한 이유

핵융합으로 에너지를 생산하려면 매우 뜨겁고 밀도가 높은 플라즈마가 필요합니다. 압력이 높을수록 더 많은 핵융합 반응이 일어나기 때문에 온도와 밀도를 모두 반영하는 압력이 중심 역할을 합니다. 일부 핵융합 시스템은 가능한 가장 높은 압력에 도달하는 데 중점을 두는 반면, 다른 시스템은 플라즈마를 더 오랜 기간 동안 가두어 보상합니다. Zap의 전단 흐름 안정화 Z 핀치는 강력한 압축과 지속적인 구속 사이의 균형을 추구합니다.

지금까지 팀의 최고 단일 샷 전자 압력 측정은 830MPa입니다. 플라즈마에는 전자와 훨씬 무거운 이온이 포함되어 있고 둘 다 비슷한 온도에 도달할 것으로 예상되므로 결합된 플라즈마 압력(전자와 이온)은 약 1.6GPa로 추정됩니다. 이를 관점에서 보면, 1기가파스칼은 해수면에서 지구 대기압의 약 1만 배, 즉 마리아나 해구 바닥 압력의 약 10배에 해당합니다.

이러한 압력은 약 1마이크로초(백만분의 1초) 동안 유지되었으며 플라즈마 상태를 결정하는 가장 신뢰할 수 있는 방법으로 간주되는 기술인 광학 톰슨 산란을 사용하여 측정되었습니다.

FuZE-3을 사용한 최근 실험에서는 전자 밀도가 3~5x1024m-3이고 전자 온도가 1keV(화씨 21,000,000도에 해당) 이상인 여러 개의 반복 가능한 샷이 생성되었습니다.

R&D 부사장인 Ben Levitt는 “이론적 예측, 계산 모델링, 신속한 구축 및 테스트 엔지니어링, 실험 검증, 측정 전문 지식이 긴밀하게 결합된 덕분에 팀의 큰 노력이 성공했습니다.”라고 말했습니다. “더 작은 시스템을 사용하면 신속하게 이동할 수 있다는 이점이 있으며, 유사한 성능을 가진 융합 장치의 크기와 비용의 일부인 시스템에서 이러한 결과를 달성하는 것이 이토록 중요한 성과를 만드는 큰 부분입니다.”

더 높은 융합 성능을 위한 FuZE-3 설계

FuZE-3은 FuZE 플랫폼의 세 번째 버전이자 Zap이 제작한 다섯 번째 전단 흐름 안정화 Z 핀치 장치입니다. 최초로 1keV 이상의 온도에 도달한 최초의 FuZE 기계는 이후 폐기되었습니다. 계속 운영되고 있는 FuZE-Q는 현재 전력 및 핵융합 중성자 수율 측면에서 회사 최고의 성능을 발휘하고 있습니다.

FuZE-3의 목표는 밀도, 온도 및 감금 시간을 결합하는 핵심 융합 측정항목인 삼중 곱의 더 높은 값에 도달하는 것입니다. 이를 지원하기 위해 시스템에는 3개의 전극과 2개의 커패시터 뱅크가 포함됩니다.

가속 및 압축의 독립적인 제어

Zap의 초기 Z 핀치 테스트는 두 전극 사이를 이동하는 단일 전기 펄스에 의존했습니다. 이를 위해서는 플라즈마를 가속하여 안정화 흐름을 생성하고 이를 Z 핀치로 압축하는 데 동일한 전원이 필요했습니다.

“플라즈마 가속과 압축을 독립적으로 제어하는 ​​기능은 물리학을 조정하고 플라즈마 밀도를 높일 수 있는 새로운 다이얼을 제공합니다.”라고 Adams는 말합니다. “2전극 시스템은 가열에 효과적이었지만 이론 모델에서 목표로 삼은 압축이 부족했습니다.”

새로운 데이터는 매우 높은 압력을 보여주지만 Zap의 접근 방식은 준정상 상태 자기 감금에 기반을 두고 있습니다. 이는 대규모 레이저 배열(또는 경우에 따라 다른 Z 핀치)의 강력한 나노초 길이 펄스에 의존하여 목표물을 빠르게 분쇄하는 관성 핵융합 시스템과는 다릅니다. Zap의 방법에서는 플라즈마가 잘 작동하도록 유지하는 안정화 흐름을 제어하는 ​​것이 강력한 압축을 달성하는 것만큼 중요합니다.

초기 진전과 더 높은 삼중 제품을 향한 추진

FuZE-3에서 얻은 Zap의 최신 연구 결과는 팀이 활발한 실험 캠페인을 계속하고 있기 때문에 아직 예비 단계입니다. APS DPP 회의에서 추가적인 통찰력이 공유되고 있으며, 그룹은 앞으로 몇 달 안에 과학 저널에 자세한 결과를 발표할 계획입니다.

“우리는 FuZE-3를 이제 막 시작했습니다.”라고 Levitt는 말합니다. “최근에 제작 및 시운전되었으며 반복성이 높은 고품질 샷을 많이 생성하고 있으며 융합 성능의 급속한 발전을 계속할 수 있는 충분한 헤드룸이 있습니다. 우리는 상업적 융합을 향해 계속 발전하면서 FuZE-3의 교훈을 차세대 시스템에 통합할 것입니다.”

Zap이 올 겨울 또 다른 차세대 FuZE 장치를 온라인으로 출시할 준비를 하는 동안 FuZE-3에 대한 테스트는 계속될 것입니다. Century 데모 플랫폼의 지원을 받아 미래 발전소 시스템에 대한 작업도 동시에 진행되고 있습니다.

Zap 에너지 소개

Zap Energy는 다른 많은 접근법에 사용되는 크고 복잡한 자기 코일 없이 플라즈마를 가두어 압축하는 소형의 저비용 핵융합 시스템을 개발하고 있습니다. 이 회사의 전단 흐름 안정화 Z 핀치 기술은 보다 유리한 핵융합 경제성을 약속하며 기존 설계보다 훨씬 적은 자본을 필요로 합니다. Zap Energy는 시애틀과 샌디에이고에서 150명의 직원을 고용하고 있으며 주요 전략 및 재무 투자자의 지원을 받고 있습니다.