Tokamak Energy 正在研究使用球形托卡马克和高温超导 (HTS) 磁体的组合进行聚变

Tokamak Energy 正在研究使用球形托卡马克和高温超导 (HTS) 磁体的组合进行聚变。据托卡马克称，新电力电子设备的测试显示效率是之前系统的两倍。

Tokamak Energy 宣布创建并全面测试低温电力电子技术，以实现其超导磁体的高效运行。该公司正致力于结合使用球形托卡马克和高温超导 (HTS) 磁体进行聚变。据 Tokamak Energy 称，新电力电子设备的测试表明，其效率是之前系统的两倍，从而大大降低了冷却 HTS 磁体所需的功率，从而降低了未来聚变发电厂的成本——这对于商业化和规模化至关重要技术。

超导磁体在托卡马克系统中用于集中和隔离等离子体，使其能够达到聚变所需的高温。低温冷却是众多能源问题之一。真空低温恒温器内的新型功率转换器具有更高的效率，构成了新的解决方案。

2020年，美国能源部授予托卡马克能源多项资助，让他们与美国国家实验室系统的知名专家形成合作。ST40 是与橡树岭国家实验室和普林斯顿等离子体物理实验室合作开发的。作为参与先进模块化反应堆 (AMR) 计划的一部分，英国政府也为其提供了一笔赠款。

聚变能

获得核聚变——开启无穷无尽的清洁能源的希望——是今天挥之不去的重大未解之谜之一，就像在 1960 年代初期将人类送上月球是一个无法实现的梦想一样。许多投资和创新将在不久的将来通向能源的圣杯。

科学家们最初认识到托卡马克在 1960 年代实现聚变条件的潜力，当时俄罗斯的 T3 托卡马克实现的等离子体温度明显高于当时任何其他聚变机器。

艾伦·赛克斯 (Alan Sykes) 是托卡马克能源 (Tokamak Energy) 的创始人之一，他于 1980 年代在卡勒姆聚变能源中心 (Culham Center for Fusion Energy) 进行了一项理论研究，证明改变托卡马克的几何形状会对性能产生影响。将球形托卡马克提高的效率与 HTS 磁体技术提供的良好磁约束相结合，为在更小的设备中实现商业化和具有成本效益的聚变提供了一条现实的途径。

托卡马克装置严重依赖磁场来捕获带电等离子体粒子并保持聚变燃料的封闭和高温。HTS 磁体由稀土铜钡氧化物组成，呈厚度小于 0.1 毫米的薄条状。与传统的超导磁体相比，它们可以产生更大的磁场，同时盘绕成线圈时占用的面积更小。

Tokamak Energy 正与欧洲核子研究中心 (CERN) 合作开发高温超导磁体，以创造一项专利技术，该技术可扩展至聚变电源模块所需的大块磁体。粒子加速器、飞机和其他各种领域都使用高温超导磁体。

Tokamak Energy 正在开发两项核心技术：紧凑型球形托卡马克和高温超导磁体。“这些使能技术对于经济融合的发展至关重要，”首席执行官 Chris Kelsall 说。

该公司声称，聚变功率模块旨在产生 500 兆瓦的热量或 150 兆瓦的电力。商业聚变能需要将等离子体加热到 1 亿摄氏度的温度。Tokamak Energy 目前正致力于通过其 ST40 设计实现该目标。“如果是这样，托卡马克能源将成为第一个在受控等离子体中实现这一关键里程碑的商业聚变开发商，”凯尔索尔说。“然而，我们也相信还有其他关键因素对于实现商业融合至关重要。”

ST40

ST25 之后，Tokamak Energy 旨在产生商业聚变能的目标已进展到 ST40。该机器在运行的第一年达到了 1500 万摄氏度的温度。据 Tokamak Energy 称，目标是展示 ST40 作为第一台私人资助的聚变机器的运行，能够达到商业聚变所需的温度——1 亿摄氏度——以克服氘和氚离子之间的排斥力，并使它们足够接近保险丝。

托卡马克能源

新电源转换器的测试表明，系统效率可能会进一步提高。Tokamak Energy 首席执行官 Chris Kelsall 在新闻稿中表示，有多种方法可以将 HTS 磁体的拥有成本降低 50% 或更多。未来将在 1,000-A 连续运行和 2,000-A 脉冲运行下展示这种非常高效的电源。

“在 Tokamak Energy，我们预计 2022 年对于全球私人聚变开发商来说将是激动人心的一年，”Kelsall 说。“COP26 强调迫切需要在全球范围内部署新的基本负荷清洁能源，以取代碳密集型化石燃料。一旦商业化，聚变能将是清洁、低成本、安全、丰富和安全的。它为国际社会提供了实现和维持净零排放的转型机会。聚变将发挥的关键作用已越来越受到全球投资者的认可，大量股权融资将在 2021 年底部署到私营部门参与者。

“随着核聚变公司取得进一步的技术进步，明年核聚变商业化的竞争将更加激烈，”Kelsall 总结道。“在聚变领域内开发的应用程序将为不同行业提供大量交叉机会，包括航空航天、工业和医疗保健。到 2022 年，公共部门和私营部门将继续密切合作，以利用聚变提供的巨大机遇。这对未来是个好兆头。”

聚变面临的许多直接工程挑战都与磁体技术有关。“磁铁必须足够强大以容纳大量热物质，但又不能消耗太多电力，以至于聚变反应堆消耗的能量超过其产生的能量。Tokamak Energy 已经生产了自己的超导高温磁体，可以对等离子体施加巨大压力，不仅可以用于商业化聚变，还可以用于航空航天等其他应用，”Kelsall 说。

根据托卡马克能源公司的研究，聚变是一种零碳能源，不会产生长寿命放射性废物，并且可以提供具有成本竞争力的能源。由于聚变固有的安全特性，场地要求不如常规核电严格，允许部署在靠近人口和工业中心的地方。紧凑型融合还具有建造和部署成本更低、速度更快以及能够充分利用尖端材料和技术的优势。