256路採集卡用於核聚變——僅需2微妙即可控制2.5MJ的核聚變溫度

核聚變一直被視爲能源生產的終極目標。太陽核心反應源於氫和氦原子結合時釋放出的能量。由於海水中的原子取之不盡且無廢料產生,科學家已經花費數十億美元用於核聚變研究。然而,在地球上重現這種超高溫高壓的環境絕非易事。一家名爲First Light Fusion (FLF)的英國公司開創了核聚變新方式,預計在2024年實現能量增益,即聚變反應產生的能量超過維持聚變反應所需的能量。爲了滿足核聚變所需條件,FLF進行了“子彈”發射測試並以超高速度對準一個目標。爲了達到非常苛刻的精準度要求,FLF選擇了Spectrum儀器的32個數字化儀用於結果監測。

 

Machine 3: Vacuum chamber surrounded by 192 capacitors

機器3作爲電磁發射中的子彈,由6組電容器組成。這些電容器呈放射狀排列並被置於中央真空實驗室周圍。這些電容器一分鐘可充電20萬伏特,存儲電能排放不到2微秒併產生高達1400萬安培的電流用以產生強大的磁場。磁場發射子彈的速度能達到每秒20公里,產生200KJ動能。FLF去年進行了三個分支的子彈發射測試,今年將成功擴展至6分支並投入實驗階段。每次放電需使用2.5MJ,相當於同時發生500次雷擊。公司迄今所取得的進展使FLF有信心在2024年以前實現聚變增益,這堪稱行業奇蹟。

FLF脈衝功率總監Paul Holligan解釋說:“爲了實現聚變增益,我們的做法與行業非常不同。我們沒有使用搭建過程複雜且價格昂貴的激光或強磁場。通過選擇脈衝功率作爲驅動技術,極大的降低了我們的成本並簡化了搭建的複雜性。實際操作中,我們面臨的挑戰就是如何設計和完善目標。爲此,我們建立了獨特的IP,並進一步開發我們的模擬和建模能力。這也標誌着我們的科研進入了新的階段。除此之外,一種搭建簡單且成本較低的清潔能源生產方法已經指日可待。我們工作的驅動力就是爲子孫提供一個更加美好的地球。”

產品設計中所面臨的挑戰之一是確保六個分支同步射擊的速度必須精確到納秒。電能存儲在192個成對排列的電容器中,96對電容器的每一對都由一個定製的開關控制,用以阻擋電壓並傳輸巨大電流。子彈發射後,Spectrum儀器的M2i.4912數字化儀卡用於獲取每個電容器和開關上獲取數百個診斷信息,並在支路上安裝許多探頭,方便讀取電流和電壓。32張數字化儀卡通過Spectrum的Star-Hub被連接在兩側,確保256個輸入通道的同步。未來如需增添更多通道,此配置提供了更多的靈活性。

Paul Holligan 補充道:“Spectrum儀器所提供的同步功能是我們選擇他們的一個關鍵原因。一切實驗都發生在納秒級,對發射和數據收集的精準度把控至關重要。每次發射都爲我們提供了寶貴的數據,我們務必要選擇一款可靠的設備。通過行業的多家對比,Spectrum儀器不僅注重細節,還從產品設計上給予了我們極大的發揮空間。配以極具競爭力的產品價格,使Spectrum儀器毫無疑問的成爲了我們的首選。

FLF的創始人之一受到了手槍蝦的啓發。這種蝦通過敲擊的方式在水中敲出一個洞。當它們內爆形成等離子體時,這個洞就會變熱從而產生衝擊波並把獵物擊暈。FLF正是利用這一點來取締巨大的包容機制的複雜性,通過專注於管理內爆現象來創造與恆星核心溫度和壓力相匹配的溫度和壓力,從而產生聚變。慣性約束意味着等離子體是由自身的慣性而不是磁場或激光維繫在一起的,而磁場和激光都需要大量的能量來維持,這使得聚變增益更難實現。FLF系統只需要一小部分能量來運作,顯著且有效地降低了聚變增益需要達到的能量產生閾值。

關於First Light Fusion

First Light Fusion是由倫敦大學學院機械工程系主任Yiannis Ventikos教授和牛津大學瑪格麗特夫人學堂前任工程學講師Nicholas Hawker博士共同創立。該公司自2011年7月從牛津大學剝離,並從IP Group、Parkwalk Advisors以及個人投資者處獲得種子資本。而後,又獲得了景順及OSI提供的後續基金。公司的業務已經從一個重點大學的科研項目發展成爲一家成熟的公司。目前,公司不僅爲核聚變運作進行了切實可行的戰略部署,還將其發展成爲可持續的商業模式。該團隊由科學和工程領域的專家,以及擁有豐富管理經驗的資深人士組成。憑藉在人才方面的優勢,公司在未來數十年的發展道路將一片光明。

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