Electric Fusion Systems （EFS） 最近展示了其實(shí)驗(yàn)室成功的非中子聚變實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)涉及一種新的無輻射能源技術(shù)，該技術(shù)僅釋放極少量的危險中子。實(shí)驗(yàn)是通過涉及鋰+質(zhì)子，氦+能量輸出產(chǎn)品來進(jìn)行的。

在接受 EE Times/Power Electronics News 采訪時，EFS 的聯(lián)合創(chuàng)始人 Ken E. Kopp 和 Ryan S. Wood 透露，他們的發(fā)明仍處于專利階段，可以以安全和可持續(xù)的方式產(chǎn)生聚變鏈反應(yīng)，并解釋說他們的輕元素電聚變 （LEEF） 反應(yīng)器是微型的，以適應(yīng)廣泛的應(yīng)用。它沒有臨界質(zhì)量，可以在任何工廠生產(chǎn)。該技術(shù)還顯示出安全優(yōu)勢，因?yàn)樗鼪]有令人擔(dān)憂的特殊核材料，也沒有高放射性廢物。這些值得注意的功能允許減少可能采用的設(shè)計、許可、建造和安全成本。

兩位聯(lián)合創(chuàng)始人還表示：“我們?yōu)樽约涸O(shè)定了目標(biāo)，不僅要向科學(xué)界展示和驗(yàn)證技術(shù)，還要將知識產(chǎn)權(quán)授權(quán)給戰(zhàn)略行業(yè)，以加速全球采用”。

非中子聚變是通過中子探測、伽馬光譜和光學(xué)等一系列涉及聚變反應(yīng)的測量來進(jìn)行的。正如在光譜中所觀察到的那樣，致密的等離子體會引發(fā)質(zhì)子-鋰聚變反應(yīng)（圖 1 和圖 2）。

圖 1：實(shí)驗(yàn)顯示了聚變反應(yīng)，通過中子儀器、伽馬射線和光譜數(shù)據(jù)證實(shí)。產(chǎn)生氦氣。（來源：EFS）

圖 2：等離子（來源：EFS）

非中子融合

迄今為止， 核聚變 實(shí)驗(yàn)主要涉及氘（一個質(zhì)子和一個中子）和氚（一個質(zhì)子和兩個中子），它們是氫的同位素。這些元素在反應(yīng)速率的基礎(chǔ)上顯示出優(yōu)勢，但它們的反應(yīng)會產(chǎn)生強(qiáng)烈的高能中子流，這會暴露于放射性風(fēng)險：反應(yīng)堆必須被混凝土屏蔽包圍以遏制損壞。

對低能輻射的需求推動了對激光技術(shù)、激光等離子體相互作用和激光加速粒子束的深入研究。這樣的研究導(dǎo)致了產(chǎn)生較少高能輻射的非中子核反應(yīng)。

但什么是質(zhì)子？質(zhì)子是一個失去電子的氫原子；鋰 （Li） 是一種輕質(zhì)非放射性元素，用于 鋰離子電池 和許多其他工業(yè)應(yīng)用。EFS 認(rèn)為鋰-質(zhì)子聚變反應(yīng)是最好的選擇，因?yàn)樗粫a(chǎn)生中子或輻射，它是清潔的并且提供高能量輸出。

圖 3：聚變能量增益系數(shù)（來源：EFS）

EFS聚變反應(yīng)堆

EFS 的解決方案涉及循環(huán)感應(yīng)過程，以將聚變鏈反應(yīng)的能量作為電弧加以利用。這通過等離子體燃料，導(dǎo)致直接轉(zhuǎn)化為電能。系統(tǒng)的效率由等離子體的密度決定。這種“融合等離子體變壓器”強(qiáng)烈依賴于超密度燃料。

該公司認(rèn)為，這種解決方案將大大降低電力成本。兩位發(fā)言人提到“在美國，成本約為每兆瓦時 100 美元（或每千瓦時 10 美分），而新清潔技術(shù)的出現(xiàn)可以降低此類成本”。他們補(bǔ)充說：“我們的原型技術(shù)是一種非中子聚變反應(yīng)堆，能夠提供數(shù)十千瓦的功率，但可擴(kuò)展到兆瓦。等離子變壓器將抗磁壓力轉(zhuǎn)化為電能的效率約為 90%?！?/p>

圖 4：輕元素電聚變 （LEEF） 循環(huán)（來源：EFS）

圖 5：性能測試原型（來源：EFS）

EFS 燃料在超臨界流體狀態(tài)下運(yùn)行。離子溫度為 MeV 量級，導(dǎo)致在每個聚變循環(huán)中產(chǎn)生顯著的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。該過程是循環(huán)的（100-1000 赫茲），并且在每個周期通過磁感應(yīng)提取聚變能量（圖 4 和 5）。

當(dāng)聚變反應(yīng)以鏈?zhǔn)椒磻?yīng)狀態(tài)發(fā)生時，它們會產(chǎn)生帶電粒子的爆炸，這些粒子與反應(yīng)堆的振蕩磁場電磁耦合，隨后將其轉(zhuǎn)化為電能。基本上，它是一個以聚變等離子體為核心的增益變壓器?！斑@使我們能夠使用高效的電力電子設(shè)備來收集 EMF，然后將其作為開關(guān)電源進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，直接輸出轉(zhuǎn)換可以是例如 800 VDC 或 35 kV AC，”發(fā)言人說。

他們補(bǔ)充說：“我們有一個電弧穿過這些電極，并隨著聚變反應(yīng)而擴(kuò)展，然后產(chǎn)生我們在等離子體核心變壓器中捕獲的磁壓力和電磁力。并且這些可以在工業(yè)上大規(guī)模開發(fā)，取代普通的變壓器。然后，一旦您將能量放入線圈，您就可以使用典型的功率轉(zhuǎn)換電子設(shè)備將功率提升到任何 AC 或 DC 電壓和頻率，同時您需要一些控制電子設(shè)備來調(diào)節(jié)反應(yīng)。本質(zhì)上，我們正在做的是利用聚變等離子體的性質(zhì)直接耦合到磁場并將能量（電磁力）轉(zhuǎn)移到周圍的電感線圈中。因此，我們有一個通過燃燒鋰來驅(qū)動的增益磁芯變壓器，這確實(shí)是我們產(chǎn)生的能量的來源?！?這是直接的熱融合——E=Mc2 。