Helios裝置采用12塊大型磁體和324塊小型磁體約束聚變等離子體。

新澤西州西雅能源公司近日公布了基于仿星器原理的聚變發(fā)電廠Helios的預(yù)概念設(shè)計(jì)方案，該設(shè)計(jì)與現(xiàn)有制造、建造及維護(hù)設(shè)施相兼容。公司表示，這一路徑無(wú)需依賴未來(lái)的重大科學(xué)突破，是建造聚變發(fā)電廠切實(shí)可行的方式。

核聚變被視為清潔能源的"圣杯"。通過(guò)模擬太陽(yáng)的能量產(chǎn)生過(guò)程，聚變能源有望提供無(wú)碳排放的豐富清潔能源。眾多企業(yè)已投入巨資研發(fā)該技術(shù)，以期建造未來(lái)的商業(yè)化聚變電站，但西雅能源選擇了一條不同的道路。

Helios：另辟蹊徑

當(dāng)前多數(shù)聚變電站研究聚焦于托卡馬克裝置，其環(huán)形結(jié)構(gòu)內(nèi)置強(qiáng)磁場(chǎng)以約束高溫等離子體。高溫等離子體使氫燃料球發(fā)生聚變反應(yīng)生成氦，同時(shí)釋放巨大能量。

仿星器是另一種技術(shù)路線，其等離子體約束所需的能耗較低，但裝置結(jié)構(gòu)不對(duì)稱。這意味著需要為反應(yīng)堆單獨(dú)定制大型磁體，導(dǎo)致成本攀升。

西雅能源雖采用仿星器設(shè)計(jì)，但使用外觀相同的小型模塊化磁體構(gòu)成核心結(jié)構(gòu)，并計(jì)劃通過(guò)軟件控制磁體，以虛擬化方式調(diào)整仿星器結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)等離子體約束。

如何運(yùn)作？

不同于耗費(fèi)資源精密制造傳統(tǒng)仿星器磁體，西雅能源通過(guò)快速迭代磁體設(shè)計(jì)與軟件優(yōu)化來(lái)突破技術(shù)瓶頸。在采用3×3磁體陣列的小型試驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)成功克服了磁體制造與安裝中的偏差問(wèn)題。

由于反應(yīng)堆控制完全由軟件定義，團(tuán)隊(duì)還利用人工智能模擬反應(yīng)堆運(yùn)行狀況。公司向TechCrunch透露，無(wú)論是磁體位置偏差還是材料缺陷，AI系統(tǒng)均能在無(wú)人干預(yù)下自動(dòng)校正。

Helios設(shè)計(jì)包含12塊四種不同形狀的大型約束磁體，內(nèi)部另置324塊可精細(xì)調(diào)節(jié)等離子體形態(tài)的小型磁體。該裝置預(yù)計(jì)可產(chǎn)生1.1吉瓦熱能，經(jīng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)化后輸出390兆瓦電力。

反應(yīng)堆每?jī)赡晷柽M(jìn)行84天維護(hù)，使其容量因子達(dá)88%，與核裂變電站相當(dāng)。面向聚變等離子體的第一壁設(shè)計(jì)壽命為15年，進(jìn)一步提升了設(shè)備可用率。

西雅能源計(jì)劃通過(guò)規(guī)�；ㄔO(shè)將發(fā)電成本從預(yù)估的150美元/兆瓦時(shí)降至60美元/兆瓦時(shí)。目前正在建造示范裝置Eos，預(yù)計(jì)2030年前投入運(yùn)行。

公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官David Gates博士在近日的新聞稿中強(qiáng)調(diào)："Helios不依賴于未來(lái)的科學(xué)突破，其設(shè)計(jì)將仿星器固有的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、無(wú)破壞性失控風(fēng)險(xiǎn)、高效率等優(yōu)勢(shì)，與可編程平面磁體相結(jié)合，這是仿星器技術(shù)走向商業(yè)化的進(jìn)化。"

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