美國 Helion Energy 公司的第6 臺聚變發生器原型Trenta已超過 1 億攝氏度。Helion Energy的突破性技術包括使用脈沖聚變系統和小型裝置，并使用由氘和氦 3 (D-3He) 制成的燃料。達到這樣的溫度證明了該系統是可靠的，并證實了 Helion Energy 的項目使用他們的脈沖聚變、無點火裝置來開發中性發電廠

Helion Energy 的一位代表解釋說，能源效率是 Helion 方法的基礎。“我們直接將聚變能轉化為電能，這意味著我們不需要“點火”，并且可以以低得多的凈能量 [Q] 值產生凈電能。我們現在面臨的挑戰主要是工程挑戰，而不是科學挑戰。”

聚變能

通過為氣候變化提供可靠的基本能源解決方案，Fusion能夠滿足日益增長的能源需求。該公司認為，依賴可再生能源并不是應對氣候危機的正確關鍵。世界需要新的突破性解決方案，而核聚變可以解決不斷增長的需求。

因此，增加對聚變能源技術開發的投資正在導致人們對創造豐富可靠的電力解決方案持樂觀態度。

盡管如此，融合仍面臨挑戰和障礙：其中之一涉及電網升級的需要。Helion Energy 的一位代表解釋說，他們的技術并非如此：“Helion 的聚變發電機結構緊湊，使用少量燃料，并且可以 24/7 全天候運行。因此，Helion 電力設施的主要優勢之一是它們可以直接插入現有的傳輸基礎設施并取代當前基于化石燃料的發電，而無需對額外的基礎設施進行大量投資。電網級傳輸基礎設施是與傳統聚變方法相關的大規模千兆瓦級電力的需求，” Helion 代表說。

他還補充說：“聚變是零碳基荷動力的豐富來源，但與裂變不同的是，聚變不會產生失控的連鎖反應。如果出現問題，融合就會停止。聚變也不產生任何長期廢物，也不能武器化，”

Helion Energy 的 Trenta原型

Helion Energy 的系統由磁鐵組成，這些磁鐵從 40 英尺加速器的兩端將兩個 FRC 加速到 100 萬英里/小時。然后它們在中心碰撞。當 FRC 在系統中心碰撞時，它們會被磁場壓縮，直到達到融合溫度。在此溫度下，氘和氦 3 離子快速移動，克服相互排斥的力，使離子結合或融合。這會釋放能量，等離子體膨脹，推回磁場。磁場的變化會感應出電流，從而為電力負載供電（圖 1）。

Trenta 在聚變條件下合并和壓縮高 Beta 場反轉配置 (FRC) 氘等離子體，在高于 8 keV 離子溫度和 1 keV 電子溫度的情況下批量實現 9 keV 總等離子體溫度（超過 1 億攝氏度）。2018 年，其第5代原型產生了 7 T 的磁場，并在高密度下達到了 2 keV 的離子溫度。

圖 1：Helion 的系統框圖（來源：Helion Energy）

場反轉配置 (FRC) 設備以自穩環面的形式將等離子體限制在閉合的磁場線上。它們與 spheromak 一起被認為是緊湊型環形融合設備的一部分。FRC 裝置的等離子體通常比球狀體拉長。

通過 X 射線光譜、1550 nm 干涉測量、軔致輻射光發射測量和中子診斷進行的一系列分析證實了 Trenta 在熱核聚變條件下的廣泛和可重復運行。在測試期間進行了廣泛的 MJ 級放電，包括在熱核聚變條件下聚變和壓縮高 β 場反轉配置 (FRC) 氘等離子體以及相關的聚變產物通量。

“FRC 是一種穩定、自給自足的等離子體，可以加速并過熱至 100 M°C+。此外，FRC 具有高 Beta 值，可以直接重新捕獲電力，并且不需要粒子束、激光、超導體或反物質，”Helion 代表說。

“無論天氣或一天中的什么時間，我們的設施都可以連續運行，這是基荷電源的理想選擇。此外，它們結構緊湊，可在 20,000 平方英尺的空間內產生 50 MW 的電力。此外，我們的聚變燃料大量存在于水中。地球的海洋含有足夠的聚變燃料，可以在不影響環境的情況下為地球提供數十億年的動力。一杯 Helion 的聚變燃料將產生足夠一個家庭使用 865 年的電力。Helion 的代表說，如果不考慮補貼或規模經濟，從第一天起，Helion 產生的基本負荷電力預計將與化石燃料具有成本競爭力。

擁有能夠支持聚變能源的電源管理技術是必不可少的。Kirtley 說，Helion 的脈沖磁聚變方法的一項使能技術是高功率半導體開關，它能夠高效、快速地將能量輸入到聚變反應中。

“現代千兆赫級光纖觸發、監控和現場可編程門陣列 (FPGA) 處理使 Helion 的聚變系統能夠可靠、同步和高效地運行。在發電機規模上，提供可靠且可調節的電力的能力使 Helion 能夠負載跟隨現有的可再生能源發電，從而無需新的電力管理或存儲技術，”Helion 代表說。

聚變能的發展是一項世界級的挑戰，涉及許多國際科學、技術和工業領導者。他們都將自己的經驗和技能用于為革命性技術服務。先進的計算解決方案還可以使用高度復雜的數學模型來描述等離子體的物理特性并模擬其行為。當聚變技術成熟到可以應用于工業時，它將開創一個前所未有的局面，最終可以保證清潔、安全和可持續能源的廣泛供應。

審核編輯 黃昊宇